Bài 13. Dòng điện trong kim loại

TỔ 4
HÃY CÙNG THEO DÕI NHÉ!
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I
Bản chất của dòng điện trong kim loại
II
Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
IV
Hiện tượng nhiệt điện
III
Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn
Hạt tải điện là hạt có thể truyền dòng điện đi. Đó là các hạt electron tự do với mật độ n = hằng số.
Khi đặt vào giữa một điện trường thì các hạt electron chuyển động có hướng.

Sự hình thành hạt tải điện và chuyển động của hạt này khi có điện trường ?
I. Bản chất của dòng điện trong kim loại
Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương.
Các ion dương liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.
Chuyển động nhiệt của các ion (dao động của ion quanh vị trí cân bằng) có thể phá hủy trật tự này.
Nhiệt độ càng cao, dao động nhiệt càng mạnh, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự.
Electron trong nguyên tử
Proton
Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử, trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi ( n = hằng số).
Chúng chuyển động
hỗn loạn tạo thành khí electron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.
Mô hình mạng tinh thể đồng
Hỗn loạn
không ngừng
Có hướng
Có dòng điện
Không có
dòng điện
Điện trường E do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.
Các electron “va chạm” vào các chỗ mất trật tự của mạng tinh thể. Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do.
=> Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại.
Các loại mất trật tự thường gặp là chuyển động nhiệt (dao động nhiệt) của các ion trong mạng tinh thể, sự méo mạng tinh thể do biến dạng cơ học và các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại.
=> Điện trở kim loại rất nhạy cảm với các yếu tố trên
KẾT LUẬN
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.
HELLO!
Dòng điện trong kim loại có tuân theo định luật Ôm không?
 Tiến hành thí nghiệm với hai trường hợp :

Trường hợp 1: Điện trở R nhúng xuống nước
U
I
0
=> Tuân theo định luật ôm.
Trường hợp 2: Điện trở R không nhúng xuống nước

U
I
0
=> Không tuân theo định luật ôm.

Điện trở R phụ thuộc nhiệt độ .Nhiệt độ càng tăng thì điện trở càng tăng .Khi nhúng R vào nước thì điện trở R truyền nhiệt lượng cho nước nên nhiệt độ của R tăng không đáng kể ,vì vậy dòng điện qua R sẽ tuân theo định luật Ôm nếu ta nhúng R vào nước trong quá trình làm thí nghiệm.
Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm, nếu nhiệt độ kim loại được giữ không đổi.
Mật độ hạt tải điện ( electron tự do) trong kim loại rất lớn, vào cỡ mật độ nguyên tử kim loại ( 1028 /m3 ), vì thế kim loại dẫn điện tốt.

Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt.

Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của kim loại tăng.
ρ=ρ0[1+α(t-t0)]
α : hệ số nhiệt điện trở (K-1)
ρ0 : điện trở suất của kim loại ở t0 (0C)
ρ : điện trở suất của kim loại ở t (0C)
Sự biến thiên điện trở suất
của đồng theo nhiệt độ
Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 C
* Hệ số nhiệt điện trở α của mỗi kim loại phụ thuộc vào:
- Nhiệt độ
- Độ sạch và chế độ gia công vật liệu đó
ĐIỆN TRỞ CỦA KIM LOẠI Ở NHIỆT ĐỘ THẤP
HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN
Điện trở của một cột thủy ngân phụ thuộc vào nhiệt độ
Nhận xét sự thay đổi điện trở của cột thuỷ ngân ở lân cận nhiệt độ 4 K ?
Ở một số kim loại như Pb…, hoặc một số hợp kim như Nb3Sn, Nb3Ge…, và cả một số gốm oxit kim loại như DyBa2Cu3O7, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Nhiều tính chất khác như tính từ, nhiệt dung cũng thay đổi đột ngột ở nhiệt độ này.
Heike Kammerlingh Onnes (1853 – 1926)
Nhà vật lý Hà Lan, đạt giải Nobel 1913

Ông là người tìm ra hiện tượng siêu dẫn vào năm 1911. Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấy rằng sự phụ thuộc của điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn sự phụ thuộc đối với kim loại khác. Khi nhiệt độ thấp, điện trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt độ nữa, chỉ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất. Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới Tc=4,1oK, điện trở đột ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt.
HIỆN TƯỢNG
NHIỆT ĐIỆN
Hai đoạn dây kim loại có bản chất khác nhau được nối kín với nhau bởi hai mối hàn được gọi là một cặp nhiệt điện.
Hi?n tu?ng nhi?t di?n
 Là hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín,
gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau.
T1 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K)
T2 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)
T : hệ số nhiệt điện động (V/K)

Thí nghiệm chứng tỏ khi hiệu nhiệt độ T1 – T2 giữa hai mối hàn không lớn, thì suất điện động nhiệt điện tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ đó:
Ứng dụng của cặp nhiệt điện
Là cặp nhiệt điện có thể dùng để đo nhiệt độ rất cao cũng như rất thấp (mà ta không thể đo được bằng nhiệt kế thông thường)
Nhiệt kế nhiệt điện
Ghép nhiều cặp nhiệt điện ta được một nguồn điện gọi là pin nhiệt điện.
Hiệu suất của pin nhiệt điện khoảng 0,1%. Cho hai bán dẫn khác loại tiếp xúc nhau ta được pin nhiệt điện bán dẫn, có hiệu suất cao hơn nhiều.
Pin nhiệt điện

Phương pháp truyền thống để phát điện là sử dụng lò hơi, tuabin hơi, máy phát điện

Các nhà nghiên cứu đã dùng nhiệt để phát ra điện bằng cách kẹp giữ các phân tử hữu cơ giữa các hạt nano kim loại, mở ra tiềm năng mới về khai thác năng lượng
Ví dụ: Phân tử hữu cơ bị kẹp giữ giữa hai bề mặt bằng vàng; tạo ra chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt kim loại sẽ sinh ra điện áp và dòng điện.

Ngày nay, hiện tượng áp điện (hiệu ứng Seebeck) được ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật phục vụ cho cuộc sống hàng ngày như: máy bật lửa, cảm biến, máy siêu âm, điều khiển góc quay nhỏ gương phản xạ tia lade, các thiết bị, động cơ có kích thước nhỏ, …
2
3
4
5
6
TRÒ CHƠI
Đột
Nhập
1
1
2
3
4
5
6
TRÒ CHƠI
Đột
Nhập
Câu 1: Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng
A. Điện trở của vật dẫn giảm xuống giá trị rất nhỏ khi nhiệt độ giảm xuống thấp.
B. Điện trở của vật dẫn giảm xuống bằng không khi nhiệt độ của nó nhỏ hơn giá trị nhiệt độ tới hạn.
C. Điện trở của vật dẫn giảm xuống rất nhỏ khi nhiệt độ của nó đạt giá trị đủ cao.
D. Điện trở của vật dẫn bằng không khi nhiệt độ bằng 0(K).
Câu 2: Suất nhiệt điện động của một cặp nhiệt điện phụ thuộc vào
A. nhiệt độ thấp hơn ở một trong hai đầu cặp.
B. nhiệt độ cao hơn ở một trong hai đầu cặp.
C. hiệu nhiệt độ hai đầu cặp.
D. bản chất của chỉ một trong hai kim loại cấu tạo nên cặp.
Câu 3: Các kim loại đều
A. Dẫn điện tốt, có điện trở suất không thay đổi
B. Dẫn điện tốt, có điện trỏ suất thay đổi theo nhiệt độ
C. Dẫn điện tốt như nhau, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ
D. Dẫn điện tốt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ giống nhau
Câu 4: Hạt tải điện trong kim loại là
A. Các electron của nguyên tử
B. Electron ở lớp trong của nguyên tử
C. Các electron hóa trị đã bay tự do ra khỏi tinh thể
D. Các electron hóa trị chuyển động tự do trong mạng tinh thể
Câu 5: Một dây bạch kim ở 20oCcó điện trở suất 10,6.10-8Ω .m. Biết điện trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ từ 0o đến 2000oC tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở không đổi bằng 3,9.10-3K-1. Điện trở suất của dây bạch kim này ở 1680oC là:
A. 79,2.10-8Ω .m
B. 17,8.10-8Ω m
C. 39,6.10-8Ω m
D. 7,92.10-8Ω m
Câu 6: Một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động là α=52.10-6V/K, điện trở trong r=0,5Ω . Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở RG=20Ω . Đặt một mối hàn của cắp nhiệt điện này trong không khí ở 24oC và đưa mối hàn thứ hai vào trong lò điện thì thấy cường độ dòng điện qua điện kế G là 1,52mA. Nhiệt độ trong lò điện khi đó là:
A. 3040 o C
B. 576o C
C. 3120o C
D. 3100o C

Bạn giỏi lắm!
Đúng rồi!
2
3
4
6
1
5
Bạn trả lời
sai rồi!
6
4
3
2
1
5
2
3
4
5
6
TRÒ CHƠI
Đột
Nhập
3
4
5
6
TRÒ CHƠI
Đột
Nhập
4
5
6
TRÒ CHƠI
Đột
Nhập
5
6
TRÒ CHƠI
Đột
Nhập
6
TRÒ CHƠI
Đột
Nhập
Đột
Nhập
CHÚC MỪNG BẠN
THÀNH CÔNG