CHƯƠNG III. Bài 13: Dòng điện trong kim loại

CHƯƠNG III. Bài 13: Dòng điện trong kim loại

29/04/2021 CÔNG TY CP ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN GIÁO DỤC STUDYCARE 0 Bình luận

CHƯƠNG III: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

Bài 13: Dòng điện trong kim loại

 

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

A. Bản chất của dòng điện trong kim loại

1. Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương.

+ Các ion dương liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.

+ Chuyển động nhiệt của các ion càng mạnh, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự

 

2. Các êlectron hoá trị tách khỏi nguyên tử, trở thành các êlectron tự do với mật độ n không đổi (n = hằng số). Chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí êlectron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào

 

3. Điện trường  do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí êlectron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện

 

4. Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của êlectron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở kim loại. Các loại mất trật tự thường gặp là chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể, sự méo mạng tinh thể do biến dạng cơ học và các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại. Điện trở của kim loại rất nhạy cảm với các yểu tố trên.

Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại cho thấy hạt tải điện trong kim loại là êlectron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt. Nhiều tính chất khác của dòng điện trong kim loại cũng có thể suy ra từ thuyết này.

Vậy, dòng điện trong kim loại là chuyển dời có hướng của các êlectron tự do dưới tác dụng của điện trường

 

B. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

Thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất p của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:

ρ=ρ0[1+α(t−t0)] 

Trong đó:

+ ρ0 là điện trở suất ở nhiệt độ t0oC (thường ở 20oC)

+ ρ là điện trở suất ở nhiệt độ toC

+ α là hệ số nhiệt điện trở (K-1)

- Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.

 

C. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp

- Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0oK điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

- Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

- Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:

+ Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

+ Dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.

 

D. Hiện tượng nhiệt điện

- Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại còn cho thấy, nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một phần êlectron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm.

- Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế nào đấy. Nếu lấy hai dây kim loại khác loại nhau và hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữa ở nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế ở đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, khiến trong mạch có một suất điện động ξ. ξ được gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu và nhau gọi là cặp nhiệt điện:

                                ξ = αt(T1 – T2) 

Trong đó:

+ T1 – T2 là hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh

+ αt là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.

- Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.

 

II. BÀI TẬP MINH HỌA

Bài 1: Một dây bạch kim ở 20oC có điện trở suất 10,6.10-8Ω.m. Biết điện trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ từ 0o đến 2000oC tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở không đổi bằng 3,9.10-3K-1. Điện trở suất của dây bạch kim này ở 1680oC là bao nhiêu ?

Giải:

Điện trở suất của dây bạch kim này ở 1680oC là:

Bài 2: Biết suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện có một đầu được nhúng vào nước đá đang tan và một đầu vào hơi nước sôi là 4,5.10-3V. Hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện này là bao nhiêu ?

Bài 3: Một bóng đèn 220V-75W có dây tóc làm bằng vonfam. Điện trở của dây tóc đèn ở 20oC là 120Ω. Biết điện trở của dây tóc bóng đèn trong khoảng nhiệt độ này tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở là 4,5.10-3K-1.Nhiệt độ của dây tóc bóng tóc bóng đèn khi sáng bình thường là bao nhiêu ?

Bài 4: Một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động là α = 52.10-6V/K, điện trở trong r = 0,5Ω. Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở RG = 20Ω. Đặt một mối hàn của cắp nhiệt điện này trong không khí ở 24oC và đưa mối hàn thứ hai vào trong lò điện thì thấy cường độ dòng điện qua điện kế G là 1,52mA. Nhiệt độ trong lò điện khi đó là bao nhiêu ?

Bài 5: Hãy nêu nguyên nhân có điện trở suất trong kim loại là ?

Bài 6: Dây tóc bóng đèn 220V – 100W chế tạo bằng bạch kim khi sáng bình thường ở 25000C, điện trở của nó 250C bằng 40,3. Tính hệ số nhiệt điện trở α ? Coi rằng điện trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tăng tỉ lệ bậc nhất theo nhiệt độ.

Bài 7: Ở nhiệt độ t1 = 250C, hiệu điện thế giữa hai cực của bóng đèn là U1 = 10(mV) và cường độ dòng điện chạy qua đèn là I1 = 4(mA). Khi sáng bình thường, hiệu điện thế giữa hai cực của đèn là U2 = 120(V) và cường độ dòng điện chạy qua đèn là I2 = 4(A). Tính nhiệt độ t của dây tóc đèn khi sáng bình thường ? Coi rằng điện trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tỉ lệ bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở α=4,2.10−3(k−1)α=4,2.10−3(k−1) .
 

 

👍 𝐒𝐮𝐛𝐬𝐜𝐫𝐢𝐛𝐞 𝐮𝐬 𝐨𝐧 𝐘𝐨𝐮𝐓𝐮𝐛𝐞

https://www.youtube.com/channel/UCDToQcZaZi0YAjAPxvv9S8g

👍 𝐅𝐨𝐥𝐥𝐨𝐰 𝐮𝐬 𝐨𝐧 𝐅𝐚𝐜𝐞𝐛𝐨𝐨𝐤

https://www.facebook.com/GiaSuThanhThang

👍 𝐉𝐨𝐢𝐧 𝐨𝐮𝐫 𝐨𝐟𝐟𝐢𝐜𝐢𝐚𝐥 𝐦𝐞𝐝𝐢𝐚 𝐜𝐡𝐚𝐧𝐧𝐞𝐥𝐬 𝐚𝐧𝐝 𝐬𝐭𝐚𝐲 𝐮𝐩𝐝𝐚𝐭𝐞𝐝

https://qrco.de/studycare

 

*****

Gia Sư Thành Thắng | StudyCare

The more we care - The more you succeed

  • Dạy kèm Toán - Lý - Hóa - Sinh - Văn - Anh theo chương trình phổ thông Quốc Gia và chương trình học các cấp của các trường Quốc Tế.
  • Luyện thi chuyển cấp lớp 9 lên lớp 10, luyện thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia, Luyện thi Đại Học.
  • Giảng dạy và luyện thi IELTS - TOEIC - TOEFL - PTE - SAT - ACT - GMAT - GRE và các chứng chỉ Quốc Tế.

 

📌 72/53 Nguyễn Văn Thương, Phường 25, Quận Bình Thạnh, TP.HCM (click to see us on GG map)

Website: https://studycare.edu.vn/

Điện thoại: (028).353.66566

Zalo: 098.353.1175

Brochure: https://drive.google.com/file/d/1nUbv7rFdBNRDXDRd5nw2IHRNE-7QSLDn/view?usp=sharing 

popup

Số lượng:

Tổng tiền: