Sách Giáo Khoa Vật Lý 11

13. dòng điện trong kim loại13. dòng điện trong kim loại13. dòng điện trong kim loại

13. dòng điện trong kim loại13. dòng điện trong kim loại

Bài 13. dòng điện trong kim loại –

trong các Bài trước, ta đã nói dòng điện trong kim loại là dòng các electron chuyến động có hướng. nhưng như tất cả các vật liệu khác, kim loại cũng do các nguyên tử liên kết với nhau tạo nên. nguyên tử lại gồm hạt nhân tích điện dương và các ê| g điệ quay xung quanh. vậy các electron trong kim loại có đặc điểm gì và nó chi phối tính chất của dòng điện trong kim loại ra sao ? đó chính là nội dung của Bài học này,|-bản chất của dông điên trong kim loaibản chất của dòng điện trong kim loại được nêu rõ trong một lí thuyết tổng quát gọi là thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại. thuyết đó có nội dung: oc_c) 巽 như sau وح gd) 1. trong kim loại, các nguyên tử bị mất êlectron hoá trị trở thành các ion dương (hình 13.1). các ion gð dương liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng 인 . tinh thể kim loại. chuyển động nhiệt của các ion gd gð (dao động của ion quanh vị trí cân bằng) có thể phá huỷ trật tự này. nhiệt độ càng cao, dao động nhiệt##ình 13,1 càng mạnh, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự.mạng tinh thể tạo bởi caolon dương sápxếp co. trạt tụ va các electron tự dochuyển động hỗn loạn trong mạng. 2. các êlectron hoá trị tách khỏi nguyên tử, trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi (n = hằng số). chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí électron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.3. điện trường e 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 electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại. các loại mất trật tự thường gặp là chuyển động nhiệt (dao 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 yếu tố trên.thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại cho thấy hạt tải điện trong kim loại là électrom tự do. mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẩn điện rất tốt (bảng 13.1). 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 dòng chuyển dời có hướng của các eleefron tự do dưới tác dụng của điện trường.ii – sự phu thuộc của điên trở suất của okimloai theo nhiệt độkhi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể tăng, làm cho điện trở của kỉ loại tăng. thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất.p của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:p=po[1+a(tー。)] (13.1)trong đó pọ là điện trở suất ở t”c (thường lấy là 20°c): a là hệ số nhiệt điện trở, đơn vị đo là k-“. giá trị của pọ và ơ của một số kim loại được ghi trên bảng 13.1.tuy nhiên, nếu làm thí nghiệm một cách chính xác, ta thấy hệ số nhiệt điện trở của mỗi kim loại không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà vào cả độ sạch và chế độ gia công vật liệu đó. ngày nay, hệ số nhiệt điện trở của bạch kim (platin) đã được nghiên cứu rất cẩn thận, vì người ta thường dùng dây bạch kim để làm nhiệt kế dùng trong công nghiệp. {effbảng 13,1nhöm săt silic vonfampg().m)16210 8 10.6.10-8 1,6910-8 2.75.108 9,68.108 0.25.104525 10-8α (κ )4.1.1.0-3 39.10-3 4.3.10-3 44,103 6,5103 70.10-3 45.10-3trên bảng này có silic không phải kim loại. điện trở suất của chúng lớn hơn điện trở suất của kim loạivài bậc,p (10″ (2 m) 12 10 8. 62o 4008001200 tk)in 32“sự biến thiên điện trở suất củađồng theo nhiệt độvì sao người ta chọn dây bạch kim để làm nhiệt kế điện trở dùng trong công nghiệp ?75bảng 132 nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫntên vật liệu t.(k)nhôm 1.19 thuỷ ngân 4.15 chi 7, 19 thiếc 3.72 kēm 0.85 nb,sn 18nb.a 18.7 nb,ge 23dyba,cuം0, 92.5 hgbacacu,0s 134vì sao dòng điện chạy trong cuộn dây siêu dẫn không có nguồn điện lại có thể duy trì lâu dài ? có thể dùng dòng điện ấy làm cho động cơ chạy mãi được không ?t, t>t. t. — – hình 13,3electron khuếch tán từ đâu nóng qua đầu lạnh lam đầu nóng tích diện dương.76iii – điên trở của kim loai ở nhiêt độ thấp va hiên tượng siêu dânkhi nhiệt độ càng giảm, mạng tinh thể càng bớt mất trật tự nên sự cản trở của nó đến chuyển động của electron càng ít, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. đến gần 0k, điện trở của các kim loại sạch đều rất bé. đồ thị biểu diễn điện trở suất của đồng theo nhiệt độ được vẽ trên hình 13.2.ở một số kim loại như hg, pb)…, hoặc một số hợp kim như nb sn, nbge…, và cả một số gốm. ôxít kim loại như dybazcu2o, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn t. thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. nhiệt độ tới hạn của một số chất được ghi trên bảng 13.2. nhiều tính chất khác như từ tính, nhiệt dung cũng thay đổi đột ngột ở nhiệt độ này. ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn. ngày nay các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh mà các nam châm điện thường không thể tạo ra được. cho dòng điện chạy qua các cuộn dây kim loại siêu dẫn rồi bỏ nguồn điện đi, dòng điện vẫn tiếp tục chạy trong nhiều năm mà không yếu đi. trong tương lai, người ta dự kiến có thể dùng dây siêu dẫn để tải điện, và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa. c2iv – hiên tượng nhiêtđiênthuyết 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 electron 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 (hình 13.3).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 giữ ở nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, khiến trong mạch có một suất điện động “ (hình 13.4). ý gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẩn hàm hai đầu vào nhau gọi là cặp nhiệt điện.nunóc dá ngọn nến cháy hình 13.4 thí nghiệm chứng tỏ rằng z = or (t – t3), co” đến động “cô”, “a” trong đó t – t2 là hiệu nhiệt độ ở đầu nóng và đầu “nhiệt độ 09000ến cháy”, lạnh: o, là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản “nho nước đã đang lan”, “2736 chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện, đơn “” “) vị đo là vk-‘, suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiêm nê 1,ر یورi,ر =+2یرi l, a lili. dédo nhiệt độ. ba loại cặp nhiệt điện thường dùng là: cặp platin – platin pha rôđi có or = 6,5 ụv/k cặp crômen – alumen có or = 41 hv/k cặp đồng – constantan có or = 40 [iv/k.*. dòng điện| dụng của điện trường.* chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động của hạt tải điện làm chohono ại phụ thuộc nhiệt độ. đến gần 0k, điện trở của kim loại rất nh o vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến bằng 0 khi nhiệ độ t < t. cặp nhiệt điện là hai dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. khi nhiệt độ hai mối hàn t, t, khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện ở= o, (t, – t.), o, là hệ số nhiệt điện động. -77 câu hởi va bai tâphạt tải điện trong kim loại là loại êlectron nào ? mật độ của chúng vào cỡ nào ?12.vì sao điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng ?3- điện trở của kim loại thường và siêu dẫn khác nhau thế nào ? 4. do đâu mà trong cặp nhiệt điện cö suất điện động ? ở Bài tập 5 và 6 dưới đây, phát biểu nào là chính xá0 ? 5. các kim loại đều a dẫn điện tốt. có điện trở suất không thay đổi b, dẫn điện tốt. có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ. c. dẫn điện tốt như nhau, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ. d. dẫn điện tốt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ giống nhau. . hạt tải điện trong kim loại là a. các êlectron của nguyên tử.7b. êlectron ở lớp trong cùng của nguyên tử. c, các êlectron hoá trị đã bay tự do ra khỏi tinh thể. d, các electron hoá trị chuyển động tự do trong mạng tinh thể.. một bóng đèn 220 v – 100 w khi sáng bìnhthường thì nhiệt độ của dây tóc đèn là 2000°c, xác định điện trở của đèn khi thấp sáng và khi không thắp sáng, biết rằng nhiệt độ môi trường là 20°c và dây tóc đen làm bằng vonfam. khối lượng mol nguyên tử của đông là 64.10° kg/mol. khối lượng riêng của đông là 8.9.10° kg/m3. biết rằng mỗi nguyên tử đồng đöng góp mộtêlectron dân. a) tinh mật độ electron tự do trong đông. b). một dây tải điện bằng đồng, tiết diện 10 mm^, mang dòng điện 10a. tỉnh tốc độ trôi của êlectron dẫn trong dây dẫn đó. để mắc đường dây tải điện từ địa điểm a đến địa điểm b, ta cản 1.000 kg dây đông. muốn thay dây đồng bằng dây nhôm mà vẫn đảm bảo chất lượng truyền điện, ít nhất phải dùng bao nhiêu kilôgam dây nhôm ? cho biết khối lượng riêng của đông là 8900 kg/mo, của nhôm là 2700 kg/mo.

 

Bài giải này có hữu ích với bạn không?

Bấm vào một ngôi sao để đánh giá!

Đánh giá trung bình 5 / 5. Số lượt đánh giá: 1042

Chưa có ai đánh giá! Hãy là người đầu tiên đánh giá bài này.

--Chọn Bài--

Tài liệu trên trang là MIỄN PHÍ, các bạn vui lòng KHÔNG trả phí dưới BẤT KỲ hình thức nào!

Print Friendly, PDF & Email