Bài 13. Dòng điện trong kim loại

Chào mừng quí Thầy Cô và các em!
Lớp: 11B
Chương III: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
Dòng di?n trong kim lo?i.
Dòng di?n trong chất di?n phân
Dòng di?n trong chất khí.
Dòng di?n trong chân không.
Dòng di?n trong chất bán dẫn.
Nội dung chính:
I. Bản chất 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
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Nhóm 1
Mạng tinh thể là gì?
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
Nhóm 4:
Nhóm 2
Nhóm 3
Khi nhiệt độ càng cao, ở các ion nút mạng dao động như thế nào?
Nhóm 5
Bên trong mạng tinh thể có các electron tự do được hình thành như thế nào?
Khi không có điện trường ngoài, các electron tự do chuyển động như thế nào?
Khi có điện trường ngoài, các electron tự do chuyển động như thế nào?
Mô hình mạng tinh thể đồng ở nhiệt độ thường
Mô hình mạng tinh thể đồng ở nhiệt độ cao
Khi có điện trường ngoài
Khi không có điện trường ngoài
Mạng tinh thể
Sự hình thành electron tự do
Ion dương ở các nút mạng
Ở nhiệt độ bình thường
Ở nhiệt độ cao
Dao động yếu
Dao động mạnh
E≠0
Chuyển động của electron tự do
Kết luận
Hỗn loạn
Có hướng
I=0
I≠0
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 có trật tự trong không gian
Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử, trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi
E=0
Bản chất dòng điện trong kim loại là gì?
2. Kết luận:
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của electron tự do dưới tác dụng của điện trường
Tại sao kim loại là vật dẫn điện tốt?
Mật độ của electron tự do rất cao
Silic 0,25.104 -70.10-3
t00C ≈ 200C
Khi nhiệt độ cao
Những nguyên nhân nào gây ra điện trở của kim loại ?
3. Nguyên nhân:
+ Do chuyển động nhiệt
+ Sự méo mạng tinh thể do biến dạng cơ
+ Do các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại
1: khuyết nguyên tử;
2: chèn nguyên tử
3,4,5 :tạp chất
II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
Khi nhiệt độ tăng, cường độ dòng điện trong mạch giảm, điều đó chứng tỏ gì?
Nhiệt độ tăng  R của kim loại tăng  ρ tăng(R tỉ lệ với ρ)
Quan sát thí nghiệm
II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
ρ0: điện trở suất ở t00C
(thường t00C=200C)

α: hệ số nhiệt điện trở (K-1)

ρ: điện trở suất ở t0C
Sự biến thiên điện trở suất của đồng theo nhiệt độ
 = 0[1 + (t – t0)]
Từ thực nghiệm:
Hệ số nhiệt điện trở của mỗi kim loại phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Hệ số nhiệt điện trở phụ thuộc vào:
+ Nhiệt độ
+ Độ sạch của vật liệu
+ Chế độ gia công của vật liệu
C1: vì sao người ta chọn dây bạch kim để làm nhiệt kế điện trở dùng trong công nghiệp?
Điện trở suất tương đối lớn, nhiệt nóng chảy cao, không bị oxy hóa.
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn
Vật liệu siêu dẫn là gì?
* Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm bằng 0 khi nhiệt độ T ≤Tc
Tc: nhiệt độ tới hạn
Sự biến thiên điện trở
của thủy ngân theo nhiệt độ
Ứng dụng vật liệu siêu dẫn để làm gì?
* Ứng dụng:
Chuyển tải điện năng, đoàn tàu chạy trên đệm từ, tạo ra máy gia tốc mạnh, cái ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc, . . .
Tàu đệm từ
IV. Hiện tượng nhiệt điện
Xét một dây dẫn kim loại
T1
* Electron khuếch tán từ đầu nóng qua đầu lạnh làm đầu nóng tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm
Khi nhiệt độ hai đầu dây dẫn khác nhau, electron có hiện tượng gì?
Mô hình thí nghiệm
2. Biểu thức:

ξ: Suất điện động nhiệt điện (V)
T1-T2: hiệu nhiệt độ ở đầu nóng và đầu lạnh (K-1)
αT: hệ số nhiệt điện động phụ thuộc bản chất của hai loại vật liệu (V.K-1)
3.Ứng dụng:
- Nhiệt kế nhiệt điện
- Pin nhiệt điện
IV. Hiện tượng nhiệt điện
1. Thí nghiệm
Từ thí nghiệm, em có nhận xét gì?
* Kết luận: Xuất hiện suất điện động nhiệt điện.
Cặp nhiệt điện được dùng trong nhiệt kế điện tử đo được nhiệt độ cao với độ chính xác lớn
Củng cố:
Phiếu học tập số 1
+ Hạt mang điện trong kim loại là: …......................
+ Khi không có điện trường ngoài electron tự do chuyển động: ………………………….

+ Khi có điện trường ngoài electron tự do chuyển động : ……………………………………
+ Mật độ của các electron tự do cao nên:
…………………………………………
Vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời ………….……..……………………….. dưới tác dụng của điện trường ngoài
electron tự do
Hỗn loạn không ngừng
Có hướng tạo thành dòng
Kim loại là chất dẫn điện tốt
có hướng của các electron tự do
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Phiếu học tập số 2
* Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các ion dương trong mạng tinh thể: …………..

*Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động của ………………………..làm cho điện trở
phụ thuộc vào…………..

Khi gần đến 0 K, điện trở của kim loại rất nhỏ.
* Vật liệu siêu dẫn có điện trở:
……………………………………………………………………
* Vậy cặp nhiệt điện là 2 dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ 2 mối hàn T1, T2 khác nhau thì:………………………………………………
càng mạnh
các electron tự do
nhiệt độ
đột ngột giảm bằng 0 khi nhiệt độ T ≤Tc
Xuất hiện suất điện động nhiệt điện.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Bài 1: Một dây vonfram ở 200C có điện trở suất ρ0 = 5,25.10-8 Ωm. Tính điện trở suất ρ của dây dẫn này ở 10000C? Cho biết α = 4,5.10-3 K-1
Ta có:
= 5,25.10-8 (1 + 4,5.10-3(1000 - 20))
= 28,4.10-8 Ωm
Giải:
Bài 2: Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số αT= 65µV/K được đặt trong không khí ở 200C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 2320C. Tính suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện?
Giải:
= 65(232-20) = 13,78.10-3 V =13,78mV
Ta có:
Mô hình sợi dây kim loại và các electron tự do bên trong
Khi bật công tắc đèn, ta thấy đèn sáng ngay lập tức. Có phải là do các electron chuyển động từ nguồn điện tới đèn với vận tốc rất lớn không?
Chân thành cảm ơn quí thầy cô và các em!