Bài 13. Dòng điện trong kim loại

Kính chào các thầy cô
CHÀO CÁC EM HỌC SINH LỚP 11A3
Chương III
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
Câu 1:
Dòng điện là:
A) Dòng chuyển dời của các hạt mang điện.
B) Dòng chuyển động hỗn loạn của các hạt mang điện.
C) Dòng chuyển dời có hướng của các nguyên tử.
D) Dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện.
Kiểm tra kiến thức cũ:
Câu 2:
Điều kiện để có dòng điện trong vật dẫn là:
A) Giữa hai đầu một vật có một hiệu điện thế.
B) Giữa hai đầu vật dẫn có một hiệu điện thế.
C) Phải có một vật dẫn.
D) Phải có một nguồn điện.
Bài 13:
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Cấu trúc mạng tinh thể và sự tạo thành hạt mang điện trong kim loại:
Kim loại ở thể rắn có cấu trúc tinh thể, các nguyên tử kim loại sắp xếp 1 cách đều đặn theo 1 trật tự nhất định trong không gian.
Trong tinh thể kim loại các ion dương nằm ở nút mạng, xung quanh có các e tự do.
a) Cấu trúc mạng tinh thể.
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Cấu trúc mạng tinh thể và sự tạo thành hạt mang điện trong kim loại:
a) Cấu trúc mạng tinh thể.
b) Sự tạo thành các hạt mang điện
Nguyên tử đồng mất e hóa trị trở thành ion dương
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Cấu trúc mạng tinh thể kim loại:
Mô hình mạng tinh thể đồng
2.1 Trong kim loại các nguyên tử bị mất các e hoá trị và trở thành ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại. Nhiệt độ càng cao, dao động nhiệt của các ion càng mạnh, tinh thể càng trở nên mất trật tự.
2.2 Các e hoá trị tách khỏi nguyên tử trở thành các e tự do với mật độ không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn trở thành khí e tự do chiếm toàn bộ thể tích kim loại nhưng chưa tạo thành dòng điện.
2.3 Lực điện trường sẽ tác dụng làm các e tự do chuyển động ngược chiều điện trường tạo ra dòng điện trong kim loại.
2.4 Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của e tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở kim loại.
Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại.
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Sử dụng thuyết e để :
1.Tìm hiểu đặc điểm của kim loại khi ở điều kiện thường và khi có điện trường.
2. Giải thích sự gây ra điện trở của kim loại và hiện tượng toả nhiệt của kim loại khi có dòng điện chạy qua.
3.Hạt tải điện trong kim loại là gì? lý do kim loại dẫn điện tốt?
Các electron chuyển động hỗn loạn, chưa tạo thành dòng điện (đèn chưa sáng).
Chuyển động của e khi chưa có điện trường ngoài
Nêu các đặc điểm về điện của kim loại ở điều kiện bình thường ?
Hiện tượng gì xảy ra khi đặt vật dẫn kim loại vào điện trường ngoài ?
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Chuyển động của e khi có điện trường ngoài
Kết luận:
Không có điện trường ngoài
Có điện trường ngoài
Chuyển động của các e
Kết luận
Hỗn loạn không ngừng
Có hướng
Không có dòng điện
Có dòng điện
Giải thích sự gây ra điện trở của kim loại?
Giải thích hiện tượng toả nhiệt ở kim loại khi có dòng điện chạy qua?
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Sự va chạm giữa các electron và ion dương khi có điện trường
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
E
Nêu bản chất dòng điện trong kim loại?
Hạt tải điện trong kim loại là gì? Lý do kim loại dẫn điện tốt?
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Kết luận bản chất dòng điện trong kim loại
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các e tự do dưới tác dụng của điện trường.
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ
Kết quả từ thực nghiệm
( Theo dõi bảng số liệu và đồ thị tương ứng )
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ.
Kim loại
0 (Ωm)
α(K-1 )
Bạc
Đồng
Bạch kim
Nhôm
Sắt
1,62.10-8
10,6.10-8
1,69.10-8
2,75.10-8
9,68.10-8
Vonfram
5,25.10-8
4,1.10-3
4,3.10-3
3,9.10-3
4,4.10-3
6,5.10-3
4,5.10-3
Điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ
Cho biết sự phụ thuộc của điện trở suất kim loại vào nhiệt độ ?
Điện trở suất thay đổi như thế nào khi nhiệt độ giảm?
Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại cũng giảm.
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ
Thí nghiệm đã chứng tỏ điện trở suất  của kim loại biến thiên theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:
Trong đó 0 là điện trở suất ở t0oC (thường lấy 20oC), α là hệ số nhiệt điện trở có đơn vị đo là K- 1.
Hệ số nhiệt điện trở của mỗi kim loại không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà còn cả độ sạch và chế độ gia công vật liệu.
Kết quả từ thực nghiệm
Kết luận:
Khi nhiệt độ giảm , chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể giảm làm cho điện trở suất của kim loại giảm .
Điện trở suất của kim loại biến thiên tỉ lệ thuận với nhiệt độ.
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ
. Giải thích
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn.
Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp:
Khi nhiệt độ càng giảm mạng tinh thể càng bớt mất trật tự, nên sự cản trở của nó đến các e càng ít, điện trở suất của kim loại giảm liên tục.
Nhiệt độ gần giá trị không điện trở của các kim loại sạch đều rất bé.
Hiện tượng siêu dẫn.
a. Kết quả thu được từ thực nghiệm.
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn.
Quan sát đồ thị thu được hãy cho biết sự phụ thuộc của điện trở của cột thuỷ ngân vào nhiệt độ? Nhận xét sự thay đổi điện trở của cột thuỷ ngân ở lân cận nhiệt độ 40C ?
Hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó, điện trở của kim loại (hợp kim) giảm đột ngột đến giá trị bằng không được gọi là hiện tượng siêu dẫn.
Kết luận Hiện tượng siêu dẫn.
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn.
Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn.
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn.
1. Chế tạo ra ngững nam châm điện có cuộn dây bằng vật liệu siêu dẫn.
Ưu điểm: + Tạo ra từ trường mạnh trong một thời gian dài.
+Không hao phí năng lượng và toả nhiệt.
2. Chế tạo các đường dây cáp siêu dẫn trong việc truyền tải điện năng đi xa.
Ưu điểm: +Không tổn hao năng lượng do không có điện trở
+ Tiết kiệm vật liệu chế tạo.
Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn.
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn.
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
Thí nghiệm.
Hiện tượng gì xảy ra khi dùng đèn cồn tăng độ chênh lệch của hai mối hàn A và B bằng cách đốt nóng một mối hàn?
V
T2
T1
nước đá
ngọn nến
dây constantan
dây đồng
9
4
2
0
2
4
6
V
0:6 mV
Khoa vật lí Trường Đhsp Tn
Vật lí kĩ thuật
= 1 ┴
Kết quả thí nghiệm.

IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
Trong mạch xuất hiện dòng điện có chiều hướng từ mối hàn có nhiệt độ thấp sang mối hàn có nhiệt độ cao.
T1
T2
T1 = T2
T1 > T2
-
+
T1
T2
Xét một dây dẫn kim loại:
Giải thích:
Theo thuyết e về tính dẫn điện của kim loại, thấy nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của e sẽ làm cho một phần e tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh → đầu nóng tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm → giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế nào đấy.
Vì 2 dây kim loại khác nhau nên hiệu điện thế giữa đầu nóng và lạnh của từng dây không giống nhau → trong mạch có một suất điện động ξ .
Giải thích:
Thí nghiệm chứng tỏ rằng:
Trong đó (T1 – T2 ) là hiệu nhiệt độ ở hai đầu nóng và lạnh, αt là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất kim loại và vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.
Kết quả thí nghiệm.
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
Suất điện động ξ gọi là suất điện động nhiệt điện. Bộ dây dẫn hàn hai đầu với nhau được gọi là cặp nhiệt điện.
Kết quả thí nghiệm.
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
Suất điện động tuy nhỏ nhưng ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm.
Kết luận.
Hiện tượng tạo thành Suất điện động nhiệt điện trong một mạch kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau gọi là hiện tượng nhiệt điện.
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
Suất điện động tạo ra dòng điện trong trường hợp này gọi là suất điện động nhiệt điện.
Một số giá trị của hệ số nhiệt điện động với một số cặp kim loại.
Cặp kim loại
αt (µV/K)
Platin – platin pha rôđi
Sắt - đồng
Sắt - niken
Đồng - constantan
Sắt - constantan
6,5
8,6
32,4
40
50,4
Ứng dụng của cặp nhiệt điện:
Nhiệt kế nhiệt điện.
Pin nhiệt điện.
mV
nhiệt điện kế
a
b
hai dây a, b được đặt trong ống sứ c để bảo vệ cho mối hàn 1 tránh tác dụng hoá học.
1
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
Ứng dụng của cặp nhiệt điện:
Cặp nhiệt điện dùng để làm nguồn điện và dùng để đo nhiệt độ
Pin nhiệt điện: Mắc nối tiếp nhiều cặp nhiệt điện ta được một pin gọi là pin nhiệt điện, có suất điện động vài vôn và cường độ dòng điện đến vài ampe. Nhưng hiệu suất của pin nhiệt điện rất thấp (khoảng 0,1%) nên chỉ được dùng trong những trường hợp thật là cần thiết.
Nhiệt kế nhiệt điện: Theo biểu thức  =  (T1 – T2), nếu ta giữ T1 không đổi thì thông qua việc đo , ta có thể suy ra được T2 và ngược lại. Muốn tăng độ nhạy của cặp nhiệt điện, người ta thường ghép nối tiếp nhiều cặp thành bộ. Cặp nhiệt điện có rất nhiều ưu điểm trong việc đo nhiệt độ: độ nhạy cao, quán tính nhỏ, sử dụng được trong những khoảng nhiệt độ rộng, đo được nhiệt độ của những thể tích nhỏ, đo từ xa… và ưu điểm căn bản là không cần nguồn điện.
Kiến thức trọng tâm của bài học
Hạt tải điện trong kim loại là các e tự do. Mật độ e tự do cao nên kim loại dẫn điện tốt.
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các e tự do dưới tác dung của điện trường
Chuyển động nhiệt của các tinh thể làm cản trở chuyển động của các e tự do, làm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ gần giá trị 0 thì điện trở của kim loại sạch đều rất nhỏ.
Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đện 0 khi ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ TC nào đó.
Cặp nhiệt điện là 2 dây dẫn kim loại khác bản chất, hai đầu hàn với nhau.Khi nhiệt độ 2 mối hàn khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện ξ = αT (T1 –T2) , αT là hệ số nhiệt đ iện động.
Củng cố bài học
Câu 1: Khi nhiệt độ của dây kim loại tăng, điện trở của nó sẽ:
A. Giảm đi.
B. Không thay đổi.

D. Ban đầu tăng lên theo nhiệt độ nhưng sau đó lại giảm dần.
Câu hỏi trắc nghiệm
C. Tăng lên.
Câu 2: Hạt tải điện cơ bản trong kim loại là:

B. Các iôn âm
C. Các iôn dương
D. Các nguyên tử
A. Các electron tự do chuyển động trong mạng tinh thể kim loại.
1
2
3
4
5
8 chữ
10 chữ
8 chữ
3 chữ
9 chữ
I
N
U
Chìa Khoá
Ê L E C T R O N
D Ẫ N Đ I Ệ N T Ố T
C Ô N G S U Ấ T
J U N
T Á C D Ụ N G T Ừ
Hạt mang điện tự do trong kim loại.
Tính chất điện đặc trưng của kim loại.
Đại lượng đặc trưng cho tốc độ
sinh công của dòng điện
Tên nhà vật lý người Anh dùng thực nghiệm tìm
ra định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng
Tác dụng đặc trưng của dòng điện.
6
Hiện tượng điện được phát hiện năm
1911 do nhà vật lý người Hà Lan
S
Ê
D
Â
S I Ê U D Ẫ N
BÀI TẬP TỰ LUẬN
1. Ở 200C điện trở suất của bạc là 1,62.10-6Ωm. Biết hệ số nhiệt điện trở của bạc là 4,1.10-3K-1.Hỏi ở 330K thì điện trở suất của bạc là bao nhiêu.
2. Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số αT =65µV/K, được đặt trong không khí ở 200C, mối hàn kia đun nóng ở 2320C. Tinh suất điện động của cặp nhiệt điện.

BÀI HỌC KẾT THÚC
Chúc các thầy cô luôn công tác tốt
Chúc các em học tập tiến bộ
Goodbye!