Bài 18. Hiện tượng nhiệt điện. Hiện tượng siêu dẫn

BÀI 18:
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN
Kiểm tra bài cũ
Nêu các tính chất điện của kim loại? Bản chất dòng điện trong kim loại?
Trả lời
+ Kim loại là chất dẫn điện tốt.
+ Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm.
+ Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây tác dụng nhiệt.
+ Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ.
- Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường.
: điện trở suất ở t0(0C)
: hệ số nhiệt điện trở.
KIỂM TRA BÀI CŨ.
Câu hỏi 2 : Giải thích tại sao các kim loại khác nhau thì điện trở suất cũng khác nhau?
Đáp án : do các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau và mật độ electron tự do cũng khác nhau do đó tác dụng ngăn cản chuyển động có hướng của mỗi kim loại cũng khác nhau.
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
1. Hiện tượng nhiệt điện.
a. Cặp nhiệt điện. Dòng nhiệt điện.
- Dụng cụ thí nghiệm:
1. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
* Tiến hành thí nghiệm:
Khi nhiệt độ hai mối hàn như nhau có dòng điện hay không?
Khi đốt nóng một mối hàn thì kết quả như thế nào?
Tăng nhiệt độ của mối hàn thì kết quả như thế nào?
Năng lượng nào đã chuyển hóa thành điện năng?
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
- Kết quả thí nghiệm:
1. Hiện tượng nhiệt điện.
a. Cặp nhiệt điện. Dòng nhiệt điện.
(Dụng cụ này gọi là cặp nhiệt điện)
* Kết luận: Hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau  hiện tượng nhiệt điện.
trong mạch có dòng điện, gọi là dòng nhiệt điện.
Suất điện động tạo nên dòng nhiệt điện gọi là suất điện động nhiệt điện
Độ chênh lệch nhiệt độ tăng thì dòng nhiệt điện tăng
1. Hiện tượng nhiệt điện.
a. Cặp nhiệt điện:
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
Gồm 2 dây kim loại có bản chất khác nhau được hàn kín 2 đầu.
b. Dòng nhiệt điện:
Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai đầu mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau.
Là dòng điện xuất hiện trong cặp nhiệt điện khi có sự chênh lệch nhiệt độ ở 2 mối hàn.
1. Hiện tượng nhiệt điện.
c. Suất điện động nhiệt điện:
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
* Khái niệm: Là suất điện động xuất hiện trong cặp nhiệt điện khi có sự chênh lệch nhiệt độ của 2 mối hàn.
* Công thức của suất điện động nhiệt điện.
Khi hiệu nhiệt độ của hai đầu mối hàn không quá lớn thì ta có biểu thức:
E = ?T (T1 - T2)
αT là hệ số nhiệt điện động, đơn vị đo: V/K
T1 ,T2: nhiệt độ 2 mối hàn
E = ?T (T1 - T2)
αT phụ thuộc vật liệu cặp nhiệt điện
1. Hiện tượng nhiệt điện.
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
kim loại A
kim koại B
Mặt tiếp xúc
- Số electron từ A khuếch tán sang B qua mặt tiếp xúc nhiều hơn số electron khuếch tán từ B sang A.
Kết quả: Thanh kim loại A tích điện dương, thanh kim loại B tích điện âm và tại chỗ tiếp xúc xuất hiện một điện trường hướng từ A sang B.
* Giải thích hoạt động của cặp nhiệt điện.
d. Ứng dụng của cặp nhiệt điện.
* Nhiệt kế nhiệt điện.
* Pin nhiệt điện.
Hai dây KL a, b đặt trong ống sứ C để bảo vệ mối hàn 1. Trên mili vônkế ghi sẵn nhiệt độ tương ứng.
1. Hiện tượng nhiệt điện.
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
Cặp nhiệt điện có thể đo nhiệt độ rất cao cũng như rất thấp.
Ghép nhiều cặp nhiệt điện được một nguồn điện gọi là pin nhiệt điện
III) Hiện tượng siêu dẫn :
Khi nhiệt độ giảm đều thì điện trở của kim loại cũng giảm đều:
Ở một số kim loại (hay hợp kim), khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó thì điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
ρ=ρ0[1+α(t-t0)]
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
2. Hiện tượng siêu dẫn :
III) Hiện tượng siêu dẫn :
Khi nhiệt độ giảm đều thì điện trở của kim loại cũng giảm đều.
Ở một số kim loại (hay hợp kim), khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó thì điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
III) Hiện tượng siêu dẫn :
Khi nhiệt độ giảm đều thì điện trở của kim loại cũng giảm đều.
Ở một số kim loại (hay hợp kim), khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó thì điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
Hiện tượng siêu dẫn đối với thủy ngân
Kim loại (hay hợp kim) đó có tính siêu dẫn
Giá trị TC(K) của một số vật liệu
Khi vật dẫn ở trạng thái siêu dẫn, điện trở của nó bằng không.
Dòng điện chạy qua vòng dây siêu dẫn sẽ không tiêu hao năng lượng nên sẽ duy trì rất lâu sau khi bỏ nguồn điện đi.
Gần một thế kỷ trước, nhà vật lý học người Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes gây bất ngờ cả thế giới khoa học khi ông phát hiện ra rằng nếu ông làm lạnh 1 số kim loại đến 1 nhiệt độ cực thấp thì dòng điện sẽ chạy qua chất đó mà không tổn hao tí năng lượng nào.
Heike K. Onnes (giải Nobel Vật lý 1913)
Ngày nay, các nhà khoa học đã ứng dụng những phát hiện mới vào lĩnh vực kỹ thuật dân dụng và kỹ thuật quân dụng. Nó có thể làm tăng mạnh tính hiệu quả trong mọi lĩnh vực, từ tàu khu trục đến hệ thống đường dây tải điện cho các hộ gia đình và doanh nghiệp.
TÓM LẠI :
* Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường ngoài.
* Nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại : là sự “va chạm” của các electron tự do với các ion dương nằm mất trật tự trong mạng tinh thể kim loại.
Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của kim loại tăng : R2 = R1(1 + t)
* Kim loại là một chất dẫn điện tốt, hạt mang điện tự do trong kim loại là electron
Độ chênh lệch nhiệt độ ở hai chỗ tiếp xúc càng lớn thì suất nhiệt điện động càng lớn.
* Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng một số kim loại (hay hợp kim) có điện trở đột ngột giảm xuống không khi giảm nhiệt độ xuống một giá trị TC nào đó.
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
2.Hiện tượng siêu dẫn.
Nêu nhận xét về sự thay đổi của điện trở của cột thủy ngân ở lân cận nhiệt độ 4 K?
* Điện trở của cột thủy ngân giảm đột ngột khi nhiệt độ giảm ở lân cận 4 K.
Vậy hiện tượng siêu dẫn là gì?
Khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
2. Hiện tượng siêu dẫn.
Quan sát kết quả khảo sát bằng thí nghiệm sự phụ thuộc vào nhiệt độ của điện trở một cột thuỷ ngân đã thu được trên đồ thị. Hãy nhận xét kết quả thí nghiệm?
a. Kết quả thu được từ thực nghiệm.
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN.
1.Hiện tượng nhiệt điện.
2.Hiện tượng siêu dẫn.
* Kết luận:
Khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
2. Hiện tượng siêu dẫn.
Thực hiện thí nghiệm tượng tự với các vật liệu khác (như kim loại và hợp kim) ta đều thu được kết quả tương tự. Hãy rỳt ra kết luận?
* Kết luận: Khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó, điện trở của kim loại ( hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không. Đó là hiện tượng siêu dẫn.
b. Hiện tượng siêu dẫn.
* ứng dụng:
Có nhiều ứng dụng trong thực tế như làm đường cáp siêu dẫn để tải điện, chế tạo nam châm điện với từ trường cực mạnh…
25
Nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới
Củng cố.
Câu 1. HiÖn t­îng nhiÖt ®iÖn lµ?
A. HiÖn t­îng t¹o thµnh suÊt ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn trong mét m¹ch kÝn gåm hai vËt dÉn kh¸c nhau ë hai nhiÖt ®é b»ng nhau
B. HiÖn t­îng t¹o thµnh suÊt ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn trong mét m¹ch kÝn gåm hai vËt dÉn kh¸c nhau ë hai nhiÖt ®é kh¸c nhau
C. HiÖn t­îng t¹o thµnh suÊt ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn trong mét m¹ch kÝn gåm hai vËt dÉn gièng nhau ë hai nhiÖt ®é kh¸c nhau
D. HiÖn t­îng t¹o thµnh suÊt ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn trong mét m¹ch kÝn gåm hai vËt dÉn gièng nhau ë hai nhiÖt ®é b»ng nhau
Củng cố.
Câu 2: Chän c©u sai: §èi víi vËt liÖu siªu dÉn ta cã:
A. §Ó cã dßng ®iÖn ch¹y trong m¹ch ta ph¶i lu«n duy tr× mét hiÖu ®iÖn thÕ trong m¹ch
B. §iÖn trë cña nã b»ng kh«ng
C. Cã kh¶ n¨ng tù duy tr× dßng ®iÖn trong m¹ch sau khi ng¾t bá nguån ®iÖn
D. N¨ng l­îng hao phÝ do to¶ nhiÖt b»ng kh«ng.
Củng cố.
Câu 3. Suất điện động nhiệt điện phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây
A. Hiệu nhiệt độ ( T1 - T2) giữa hai đầu mối hàn.
B. Hệ số nở dài vì nhiệt.
C. Khoảng cách giữa hai mối hàn.
D. Điện trở của mối hàn.
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 giảm xuống rất nhỏ khi nhiệt độ của nó đạt giá trị đủ cao.
B. điện trở của vật giảm xuống bằng không khi nhiệt độ của vật nhỏ hơn một giá trị nhiệt độ nhất định.
D. điện trở của vật bằng không khi nhiệt độ bằng 0(K).
Củng cố.
Câu 4.
Câu 5. Câu nào dưới đây nói về hiện tượng nhiệt điện là sai
Cặp nhiệt điện gồm hai dây dẫn kim loại có bản chất khác nhau hàn nối với nhau tạo thành mạch kín và hai đầu mối hàn được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau.
Nguyên nhân gây ra suất điện động nhiệt điện là do chuyển động nhiệt của các hạt tải điện trong mạch điện có nhiệt độ không đồng nhất.
Suất điện động nhiệt điện tỉ lệ nghịch với hiệu nhiệt độ ( T1 - T2) giữa hai đầu mối hàn của cặp nhiệt điện.
Suất điện động nhiệt điện xấp xỉ tỉ lệ với hiệu nhiệt độ ( T1 - T2) giữa hai đầu mối hàn của cặp nhiệt điện.
1: Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số T = 48 ( V/K) được đặt trong không khí ở 200C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ t0C, suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt khi đó là E = 6 (mV). Nhiệt độ t0C của mối hàn còn là:
A. 1250C. B. 398K.
C. 1450C D. 418K.
* Bài tập vận dụng.
2: Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số T = 65 ( V/K) được đặt trong không khí ở 200C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ t = 2320C, suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện khi đó là
A. E = 13 (mV). B. E = 13,58 (mV).
C. E = 13,98 (mV). D. E = 13,78 (mV).
* Bài tập vận dụng.
3. Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số T = 42V/K, được đặt trong không khí ở 20oC, còn mối hàn kia được nung nóng đến 320oC. Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện này bằng bao nhiêu?
A. E = 13,6 mV
B. E = 12,6 mV
C. E = 13,64 mV
D. E = 12,64 mV
Củng cố.
Heike Kammerlingh Onnes
(1853 – 1926)
Nhà vật lý Hà Lan,
giải Nôben 1913.