Bài 13. Dòng điện trong kim loại

CHÀO MỪNG QUÝ THẦY CÔ VỀ DỰ GIỜ THĂM LỚP
Giáo viên thực hiện: Trần Văn Quế
Đơn vị: Trường THPT DTNT tỉnh Quảng Ngãi
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
Hiện nay, để phục vụ cho nền công nghiệp điện tử, người ta không những đã tận dụng mọi loại vật liệu sẳn có trong tự nhiên, mà còn đang cố gắng thiết kế và chế tạo các loại vật liệu theo yêu cầu của mình.
Chính vì thế, cần phải tìm hiểu các đặc điểm của dòng điện trong các môi trường khác nhau mới có cơ hội hiểu được nguyên lí cơ sở của các công nghệ hiện đại.
Chương này đề cập đến dòng điện trong các môi trường, bắt đầu bằng việc nghiên cứu dòng điện trong kim loại, sau đó nghiên cứu chi tiết đặc điểm của dòng điện trong chất điện phân, chất khí, chân không và chất bán dẫn, đồng thời đề cập các áp dụng tương ứng.
Tiết 1
I. BẢN CHẤT CỦA
DÒNG ĐIỆN TRONG
KIM LOẠI
II. SỰ PHỤ THUỘC
CỦA ĐIỆN TRỞ
SUẤT CỦA KIM
LOẠI THEO NHIỆT
ĐỘ
Tiết 2
III. ĐIỆN TRỞ CỦA
KIM LOẠI Ở NHIỆT
ĐỘ THẤP VÀ HIỆN
TƯỢNG SIÊU DẪN
IV. HIỆN TƯỢNG
NHIỆT ĐIỆN
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
TIẾT 25- BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. BẢN CHẤT CỦA
DÒNG ĐIỆN TRONG
KIM LOẠI
1. Cấu trúc tinh
thể của kim loại:
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
TIẾT 25- BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Mạng tinh thể
của đồng
- Trong kim loại các êlectron hóa trị tách ra
khỏi nguyên tử chuyển động tự do, gọi là các
êlectron tự do; các ion dương liên kết với
nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể
kim loại.
Giải thích:
Một nguyên tử đơn lẻ bao gồm hạt nhân mang điện tích dương và các êlectron quay xung quanh. Giữa chúng có lực hút tĩnh điện để liên kết hạt nhân với các êlectron tạo thành nguyên tử bề vững. Sự liên kết này được xem như hàng rào thế năng giữ các êlectron trong nguyên tử.
Khi các nguyên tử đơn lẻ tiến lại gần nhau liên kết thành mạng tinh thể thì khoảng cách giữa các nguyên tử ngắn lại làm hàng rào thế năng hạ xuống. Dẫn đến lực tương tác giữa các êlectron hóa trị với hạt nhân rất yếu và các êlectron này tách khỏi nguyên tử chuyển động tự do.
Như vậy, tinh thể kim loại bao gồm các ion dương liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại, các êlectron hóa trị chuyển động tự do gọi là các êlectron tự do.
I. BẢN CHẤT CỦA
DÒNG ĐIỆN TRONG
KIM LOẠI
1. Cấu trúc tinh
thể của kim loại:
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
TIẾT 25- BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Mạng tinh thể
của đồng
- Trong kim loại các êlectron hóa trị tách ra
khỏi nguyên tử chuyển động tự do, gọi là các
êlectron tự do; các ion dương liên kết với
nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể
kim loại.
- Ở nhiệt độ bình thường, các ion dương trong
mạng tinh thể dao động xung quanh vị trí cân
bằng quanh nút mạng tinh thể, các êlectron tự
do chuyển động tự do bên trong mạng tinh thể
kim loại. Như vậy, hạt tải điện trong kim loại là
êlectron tự do.
- Mật độ êlectron tự do trong kim loại rất cao
nên kim loại dẫn điện rất tốt.
Giải thích:
Số nguyên tử trong tinh thể rất lớn, mỗi nguyên tử có thể đóng góp một vài êlectron hóa trị, nên số êlectron hóa trị rất lớn. Các êlectron này có mật độ xấp xỉ bằng mật độ của nguyên tử trong kim loại (vào khoảng1018 êlectron/m3) và bao phủ toàn bộ thể tích của tinh thể kim loại.
Tập hợp các êlectron tự do trong kim loại được coi như khí êlectron, có tính chất như khí lí tưởng và tuân theo các định luật của khí lí tưởng.
I. BẢN CHẤT CỦA
DÒNG ĐIỆN TRONG
KIM LOẠI
1. Cấu trúc tinh
thể của kim loại:
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
TIẾT 25- BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
2. Bản chất dòng
điện trong kim
loại:
- Khi chưa có điện trường đặt vào kim loại thì các êlectron tự do chuyển động như thế nào?
- Khi có điện trường đặt vào kim loại thì các êlectron tự do chuyển động như thế nào?
Hãy nêu bản chất dòng điện trong kim loại?
I. BẢN CHẤT CỦA
DÒNG ĐIỆN TRONG
KIM LOẠI
1. Cấu trúc tinh
thể của kim loại:
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
TIẾT 25- BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
2. Bản chất dòng
điện trong kim
loại:
- Khi chưa có điện trường đặt vào kim loại thì các êlectron tự do chuyển động như thế nào?
- Khi chưa có điện trường đặt vào kim loại thì
các êlectron tự do chuyển động hỗn loạn, không
có hướng ưu tiên, nên trong kim loại chưa có
dòng điện.
- Khi cĩ di?n tru?ng d?t v�o kim lo?i thì c�c �lectron t? do chuy?n d?ng nhu th? n�o?
- Khi có điện trường đặt vào kim loại thì ngoài
chuyển động nhiệt hỗn loạn, các êlectron tự do
còn chuyển động có hướng ngược chiều điện
trường, tạo ra dòng điện trong kim loại.
Hãy nêu bản chất dòng điện trong kim loại?
Vậy, dòng điện trong kim loại là dòng chuyển
dời có hướng của các êlectron tự do dưới tác
dụng của điện trường.
Chuyển động hỗn loạn của
các êlectron tự do khi chưa có
điện trường ngoài (tốc độ rất
lớn cỡ 105 m/s)
Chuyển động có hướng của
các êlectron tự do khi có
điện trường ngoài
Chuyển động thực của
các êlectron tự do khi có
điện trường ngoài
I. BẢN CHẤT CỦA
DÒNG ĐIỆN TRONG
KIM LOẠI
1. Cấu trúc tinh
thể của kim loại:
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
TIẾT 25- BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
2. Bản chất dòng
điện trong kim
loại:
3. Nguyên nhân
gây ra điện trở
của dây dẫn kim
loại:
Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở
chuyển động của êlectron tự do, là nguyên nhân
gây ra điện trở của kim loại.
Giải thích
Trong chuyển động có hướng, các êlectron tự
do luôn tương tác với các ion dương dao động
quanh nút mạng và những chỗ mất trật tự của
mạng tinh thể. Sau tương tác, các êlectron bị
mất bớt năng lượng chuyển động có hướng, nói
cách khác kim loại cản trở dòng điện hay kim
loại có điện trở.
I. BẢN CHẤT CỦA
DÒNG ĐIỆN TRONG
KIM LOẠI
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
TIẾT 25- BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Khi êlectron va chạm với nút mạng tinh thể
kim loại, nó truyền năng lượng nhận được từ
điện trường ngoài cho nút mạng, làm cho nút
mạng dao động mạnh hơn, nghĩa là kim loại
nhận được năng lượng dưới dạng nhiệt. Vì vậy,
khi có dòng điện chạy qua kim loại nóng lên.
Khi ta tăng nhiệt độ kim loại, các ion kim
loại ở nút mạng dao động mạnh hơn, làm tăng
tiết diện tán xạ, nên êlectron tự do dễ va chạm
với nút mạng hơn, dẫn đến điện trở suất của
kim loại tăng tuyến tính với nhiệt độ của kim
loại.
II. SỰ PHỤ THUỘC
CỦA ĐIỆN TRỞ
SUẤT CỦA KIM
LOẠI THEO NHIỆT
ĐỘ
I. BẢN CHẤT CỦA
DÒNG ĐIỆN TRONG
KIM LOẠI
CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
TIẾT 25- BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Thí nghiệm chứng tỏ, điện trở suất của kim
loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc
nhất:
ρ = ρo [1 + α(t - to)]
Trong đó: ρo là điện trở suất ở to oC ( thường
lấy là 20 oC); α là hệ số nhiệt điện trở (K-1); ρ là
điện trở suất ở t oC.
Hệ số nhiệt điện điện trở của mỗi kim loại
không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà còn
phụ thuộc vào cả độ sạch và chế độ gia công vật
liệu đó
II. SỰ PHỤ THUỘC
CỦA ĐIỆN TRỞ
SUẤT CỦA KIM
LOẠI THEO NHIỆT
ĐỘ
Từ đó ta có thể suy ra sự phụ thuộc của điện
trở kim loại vào nhiệt độ:
R = Ro [1 + α(t - to)]
Bảng điện trở suất (ở 20OC) và hệ số nhiệt điện trở
của một số kim loại ( Bảng 13.1)
Vì bạch kim có điện trở suất lớn, nhiệt độ nóng chảy cao
và không bị oxi hóa ở nhiệt độ cao.
C1 Vì sao người ta chọn dây bạch kim (platin) để làm nhiệt kế điện trở dùng trong công nghiệp?
BÀI TẬP CỦNG CỐ
1. Các kim loại đều.
A. Dẫn điện tốt, có điện trở suất không thay đổi
B. Dẫn điện tốt, có điện trở 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
BÀI TẬP CỦNG CỐ
2. Hạt tải điện trong kim loại là?
A. Các êlectron của nguyên tử
B. Êlectron ở lớp trong cùng của nguyên tử
C. Các êlectron hóa trị đã bay tự do ra khỏi tinh thể
D. Các êlectron hóa trị chuyển động tự do trong mạng tinh thể
BÀI TẬP VỀ NHÀ
VỀ NHÀ ÔN KIẾN THỨC ĐÃ HỌC VÀ XEM TRƯỚC
NỘI DUNG CÒN LẠI CỦA BÀI
BÀI TẬP 7, 8, 9 TRANG 78 SGK
BÀI TẬP TRONG SÁCH BÀI TẬP