Bài 13. Dòng điện trong kim loại

Bản chất dòng điện trong các môi trường: kim loại, chất điện phân, chất khí, chân không, bán dẫn.
Ứng dụng của dòng điện trong các môi trường.
CHƯƠng 3:
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
Bài 13:
Dòng điện trong kim loại
Text in
here
Dòng điện là gì?
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
Ion dương
Electron tự do
Electron trong nguyên tử
Nguyên tử
Proton
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
Mô hình mạng tinh thể đồng
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
Mô hình mạng tinh thể đồng
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các iôn dương.
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13

Các ion dương dao động nhiệt quanh các vị trí cân bằng xác định, và liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.

Nhiệt độ càng cao, dao động nhiệt càng mạnh, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự.
Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi.

Chuyển động nhiệt hỗn độn của một electron
Khi không có điện trường ngoài, trong kim loại không có dòng điện
Khi có điện trường ngoài, trong kim loại sẽ xuất hiện dòng điện
Chuyển động phụ (có hướng)
CÁC CHUYỂN ĐỘNG CỦA ELECTRON
Chuyển động nhiệt hỗn loạn
Chuyển động thực
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
Chuyển động hỗn loạn
không ngừng
Có hướng
Có dòng điện
Không có
dòng điện
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
2. Bản chất dòng điện trong kim loại
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường .

E
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13

Trong quá trình chuyển động có hướng, các electron tự do không ngừng va chạm với các ion dương nằm ở các nút mạng → làm cản trở chuyển động có hướng của các electron tự do → gây ra điện trở của kim loại.
2. Bản chất dòng điện trong kim loại
Khi các electron tự do va chạm với các ion dương nằm ở các nút mạng → truyền năng lượng cho ion dương → gây ra tác dụng nhiệt

* Nguyên nhân gây ra điện trở : là sự “va chạm” của các electron tự do (trong quá trình chuyển động có hướng) với các ion dương nằm mất trật tự trong mạng tinh thể kim loại.
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
E
* Giữa hai “va chạm” liên tiếp, các electron chuyển động có gia tốc dưới tác dụng của lực điện trường và thu được một năng lượng xác định (ngoài năng lượng chuyển động nhiệt hỗn loạn); năng lượng này được truyền một phần (hay hoàn toàn) cho các ion dương khi “va chạm” và biến thành năng lượng dao động của các ion quanh vị trí cân bằng, tức là biến thành nhiệt.
Do đó, khi có dòng điện chạy qua, dây dẫn kim loại nóng lên.
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
2. Bản chất dòng điện trong kim loại
* Ứng dụng :
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Nhiệt độ T2 > T1
Điện trở
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Nhiệt độ T1
Điện trở
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)
Trong đó:
* 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
Sự biến thiên điện trở suất
của đồng theo nhiệt độ
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ

NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 C
Tại sao trong thực tế người ta thường dùng dây đồng để làm dây dẫn điện?
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 C
NỘI DUNG BÀI HỌC
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại thay đổi như thế nào?
- Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục.
NỘI DUNG BÀI HỌC
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
III. Điện trở của kim
loại ở nhiệt độ thấp và
hiện tượng siêu dẫn
Hãy quan sát đồ thị thu được về sự phụ thuộc của điện trở của cột thuỷ ngân vào nhiệt độ, sau đó nêu nhận xét sự thay đổi điện trở của cột thuỷ ngân ở lân cận nhiệt độ 4 K ?
- Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục.
Điện trở của một cột thủy ngân phụ thuộc vào nhiệt độ
NỘI DUNG BÀI HỌC
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
III. Điện trở của kim
loại ở nhiệt độ thấp và
hiện tượng siêu dẫn
- Khi nhiệt độ giảm xuống thấp (gần 0 K) điện trở của kim loại đột ngột giảm mạnh.
Nhiều tính chất khác như từ tính và nhiệt
dung cũng thay đổi đột ngột ở nhiệt độ này.
Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang
trạng thái siêu dẫn.
Khi nhiệt độ thấp hơn
một nhiệt độ tới hạn Tc
thì điện trở của một số kim
loại và một số chất giảm
xuống bằng 0.
Thế nào là hiện tượng siêu dẫn?
NỘI DUNG BÀI HỌC
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
III. Điện trở của kim
loại ở nhiệt độ thấp và
hiện tượng siêu dẫn
Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở suất
của một số vật liệu giảm đột ngột xuống bằng 0
khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn
một giá trị Tc nhất định, gọi là nhiệt độ tới hạn.

Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn
Giá trị Tc phụ thuộc vào bản thân vật liệu.

Nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới
NỘI DUNG BÀI HỌC
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
III. Điện trở của kim
loại ở nhiệt độ thấp và
hiện tượng siêu dẫn
Các bạn đã biết, muốn có dòng điện phải có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn. Mà muốn có hiệu điện thế cần phải có một nguồn điện để tạo ra hiệu điện thế đó.
Vậy, có cách nào tạo ra hai đầu mạch kín một hiệu điện thế mà không cần đến một nguồn điện hay không?
Khi t1= t2
Kim không lệch.
Khi t1 ≠ t2
→ kim bị lệch.
xét thí nghiệm sau:
NỘI DUNG BÀI HỌC
Tiết 25
Bài 13: 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
III. Điện trở của kim
loại ở nhiệt độ thấp và
hiện tượng siêu dẫn
IV. 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.
Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện một suất điện động trong mạch của một cặp nhiệt điện khi hai mối hàn được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau.

* Suất điện động nhiệt điện:
T1 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K)
T2 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)
NỘI DUNG BÀI HỌC
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại.
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
III. Điện trở của kim
loại ở nhiệt độ thấp và
hiện tượng siêu dẫn
IV. Hiện tượng
nhiệt điện
Bảng một số cặp nhiệt điện thường dùng
* Ứng dụng:.
- Nhiệt kế nhiệt điện
- Pin nhiệt điện
NỘI DUNG BÀI HỌC
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
I. Bản chất của dòng
điện trong kim loại
II. Sự phụ thuộc của
điện trở suất của
kim loại theo nhiệt độ
III. Điện trở của kim
loại ở nhiệt độ thấp và
hiện tượng siêu dẫn
IV. Hiện tượng
nhiệt điện
Cặp nhiệt điện ứng dụng trong nhiệt kế điện tử
KIẾN THỨC CẦN NHỚ
Dòng điện trong kim loại
Bài 13
Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do.
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.
Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể làm cản trở chuyển động của các electron tự do làm xuất hiện điện trở kim loại và tác dụng nhiệt. Điện trở suất của kim loại ρ=ρ0[1+α(t-t0)]
Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến 0 khi ở nhiệt độ nhỏ hơn (hoặc bằng) nhiệt độ tới hạn TC .
Cặp nhiệt điện là hai dây dẫn kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện ξ = αT (T1 –T2) , αT là hệ số nhiệt điện động.

Câu 1: Hạt tải điện cơ bản trong kim loại là
A. Các electron tự do.
B. Các ion âm.
C. Các ion dương.
D. Các nguyên tử.
CỦNG CỐ

Câu 2: Khi nhiệt độ của dây kim loại tăng, điện trở của nó sẽ
A. Giảm đi.
B. Không thay đổi.
C. Tăng lên.
D. Tùy từng kim loại.
CỦNG CỐ
Câu 3: 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.
C. Điện trở của vật dẫn giảm xuống rất nhỏ khi nhiệt độ của nó đạt giá trị đủ cao.
B. Điện trở của vật dẫn giảm xuống bằng không khi nhiệt độ của nó nhỏ hơn giá trị nhiệt độ tới hạn.
D. Điện trở của vật dẫn bằng không khi nhiệt độ bằng 0(K).
CỦNG CỐ
Câu 4: 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.
CỦNG CỐ