Bài 13. Dòng điện trong kim loại

Chào mừng cô và các bạn đến với phần báo cáo của nhóm 2
Nội dung:
- Bản chất dòng điện trong kim loại -
Cấu tạo của kim loại:
Kim loại ở thể rắn có cấu trúc tinh thể. Các nguyên tử kim loại được sắp xếp một cách đều đặn theo một trật tự nhất định trong không gian.
Trong tinh thể kim loại, ở các nút mạng là các ion dương, xung quanh là các electron tự do.
Trong điều kiện bình thường, do điện tích âm của các electron tự do có trị số tuyệt đối đúng bằng điện tích dương của các ion cho nên vật thể bằng kim loại trung hòa về điện.

Ở nhiệt độ bình thường, các ion dương trong mạng tinh thể dao động xung quanh vị trí cân bằng, các electron tự do thì chuyển động tự do bên trong vật thể kim loại.

Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?
Khi không có điện trường (chưa đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế) các electron tự do chỉ chuyển động hỗn loạn. chuyển động của electron tự do giống như chuyển động nhiệt của các phần tử trong một khối khí, do đó, tính trung bình, lượng electron chuyển động theo một chiều nào đó luôn bằng lượng electron chuyển động theo chiều ngược lại. Vì vậy, khi không có điện trường , trong kim loại không có dòng điện
Khi có điện trường trong kim loại (đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế) các electron tự do chịu tác dụng của lực điện trường và chúng có thêm chuyển động theo một chiều xác định, ngược với chiều điện trường, ngoài chuyển động nhiệt hỗn loạn. Đó là chuyển động có hướng của electron. Kết quả là xuất hiện sự chuyển dời có hướng của các hạt mang điện, nghĩa là xuất hiện dòng điện
Vậy:
Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng electron tự do dịch chuyển có hướng ngược chiều điện trường
Chú ý:
V?n t?c�c?a chuy?n d?ng�cĩ hu?ng n�y r?t nh?, b� hon 0,2 mm/s; khơng n�n l?n l?n v?n t?c�n�y v?i v?n t?c lan truy?n c?a di?n tru?ng�(300 000 km/s); v?n t?c lan truy?n c?a di?n tru?ng r?t l?n n�n khi dĩng m?ch di?n thì ng?n d�n di?n d� cĩ r?t xa cung h?u nhu l?p t?c ph�t s�ng
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
Thế nào là chuyển động nhiệt của electron?
Thế nào là vận tốc chuyển động có hướng của electron?
Thế nào là vận tốc lan truyền của điện trường?
Chuyển động nhiệt: Giống như các phân tử khí, electron trong vật dẫn có vận tốc chuyển động nhiệt lung tung theo mọi hướng. Vận tốc này cỡ 104-105m/s nhưng vì là chuyển động hỗn loạn nên không đóng góp gì vào quá trình dẫn điện.
Vận tốc dịch dưới tác dụng của điện trường. Đây là vận tốc chuyển động có hướng (sinh ra dòng điện) của electron. Các electron vẫn có chuyển động nhiệt, nhưng tính trung bình theo thời gian, vận tốc này không bằng 0 mà bằng vận tốc dịch.
Vận tốc truyền tương tác (hay vận tốc lan truyền của điện trường) bằng vận tốc truyền ánh sáng: Đây không phải là vận tốc dịch chuyển của một thực thể vật lý, mà là vận tốc mà các electron giao tiếp với nhau. Chính xác hơn mà nói thì đây là vận tốc truyền điện trường. Khi đóng mạch điện, điện trường được truyền trong dây với vận tốc của sóng điện từ, nên gần như ngay lập tức, các electron ở xa tít mù cũng nhận được tác động của điện trường và đóng góp vào dòng điện.
Điện trở của kim loại và hiện tượng dây dẫn nóng lên khi có dòng điện chạy qua
Trong khi chuyển động có hướng, các electron tự do luôn bị ngăn cản do va chạm với các ion dương nằm ở các nút mạng.
Làm giảm cường độ chuyển động
Điện trở kim loại
Do mất trật tự của mạng tinh thể (chuyển động nhiệt của các ion, sự méo mạng tinh thể, có các nguyên tử lạ) gây cản trở sự chuyển động có hướng của e tự do

Các electron trong quá trình chuyển động tương tác với các nút mạng, truyền động năng cho nút mạng, làm dao động của mạng tinh thể càng mạnh gây hiện tượng tỏa nhiệt
Dây dẫn kim loại nóng lên khi có dòng điện chạy qua
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
E
Mời cô và các bạn tiếp tục theo dõi bài thuyết trình của nhóm 3