Bài giảng môn Vật lí Khối 11 - Bài 13: Dòng điện trong kim loại (Bản hay)

 trở chuyển động của e tự do  gây ra điện trở của kim loại 
3. Khi kim loaïi ® Æt trong ñieän tröôøng , caùc electron töï do ngoaøi chuyeån ñoäng nhieät hoãn loaïn coøn chòu taùc duïng cuûa löïc ñieân tröôøng neân dòch chuyeån coù höôùng ngöôïc chieàu ñieän tröôøng, tạo nên dòng điện. 
1 .Trong kim loại, nguyên tử mất e hóa trị  ion dương. Các ion dương liên kết một cách trật tự  mạng tinh thể. Chuyển động nhiệt của các ion có thể phá vở trật tự này, nhiệt độ càng cao, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự 
2 . Các e hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành e tự do . với mật độ n không đổi, các e tự do chuyển động nhiệt hỗn loạn tạo thành khí electron tự do. 
 Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại : 
+ 
- 
- 
- 
- 
- 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
E 
Sự va chạm của các Ion dương kim loại vào các electron chuyển động có hướng là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại 
II. Sự phụ thuộc của điện trở suất kim loại vào nhiệt độ 
Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ 
  =  0 (1 + α t) 
Trong ®ã:  0 : ®iÖn trë suÊt ë t 0 0 C ( nhiệt độ ban đầu, 20 0 C ) 
  : ®iÖn trë suÊt ë t 0 C 
 α : hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë (K -1 ) ( α >0) 
  t = t – t 0 
1200 T(K ) 
.(10 -8 )m 
400 
800 
12 
10 
8 
6 
4 
2 
Sự biến thiên điện trở suất của đồng theo nhiệt độ 
Kim lo¹i 
B ạ c 
Bạch kim 
Đång 
Nh«m 
S ắ t 
Vonfram 
Constantan 
Silic 
Theo b¶ng 13.1 Muèn lµm mét vËt dÉn cã ® iÖn trë hÇu nh ­ kh«ng thay ® æi th × nªn dïng vËt liÖu nµo ? 
Ta thÊy Constantan cã hÖ sè nhiÖt α nhá . V× vËy nªn dïng Constantan 
 Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ 
 1 
 2 
 3 
 4 
 5 
8 chöõ 
10 chöõ 
8 chöõ 
3 chöõ 
9 chöõ 
 I 
N 
U 
Chìa Khoaù 
 EÂ L E C T R O N 
D AÃ N Ñ I EÄ N T OÁ T 
 C OÂ N G S U AÁ T 
 J U N 
T AÙ C D UÏ N G T ÖØ 
 6 
S 
EÂ 
D 
AÂ 
 1 
 2 
 3 
 4 
 5 
8 chöõ 
10 chöõ 
8 chöõ 
3 chöõ 
9 chöõ 
 I 
N 
U 
Chìa Khoaù 
 EÂ L E C T R O N 
D AÃ N Ñ I EÄ N T OÁ T 
 C OÂ N G S U AÁ T 
 J U N 
T AÙ C D UÏ N G T ÖØ 
Haït mang ñieän töï do trong kim loaïi . 
Tính chaát ñieän ñaëc tröng cuûa kim loaïi . 
 Ñaïi löôïng ñaëc tröng cho toác ñoä 
sinh coâng cuûa doøng ñieän 
Teân nhaø vaät lyù ngöôøi Anh duøng thöïc nghieäm tìm 
ra ñònh luaät baûo toaøn vaø chuyeån hoùa naêng löôïng 
Taùc duïng ñaëc tröng cuûa doøng ñieän . 
 6 
Hieän töôïng ñieän ñöôïc phaùt hieän naêm 
1911 do nhaø vaät lyù ngöôøi Haø Lan 
S 
EÂ 
D 
AÂ 
S I EÂ U D AÃ N 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp. Hiện tượng siêu dẫn 
Điện trở suất của kim loại giảm khi nhiệt độ giảm 
  =  0 (1 + α t) 
1200 T(K ) 
.(10 -8 )m 
400 
800 
12 
10 
8 
6 
4 
2 
Ở t 0 thấp, sự mất trật tự của mạng càng ít, sự cản trở CĐ của e càng ít  giảm liên tục 
Một số KL, hợp kim, ôxit kl khi t < T C :  0 
T c: nhiệt độ tới hạn 
Các vật liệu chuyển sang trạng thái siêu dẫn 
III. Nhiệt độ tới hạn của các chất siêu dẫn 
T c: nhiệt độ tới hạn 
Vật liêu 
T c (K) 
Nh«m 
1,19 
Thủy ngân 
4,15 
Chì 
7,19 
Thiếc 
3,72 
Kẽm 
0,85 
Nb 3 Sn 
18 
Nb 3 Al 
18,7 
Nb 3 Ge 
23 
DyBa 2 Cu 3 O 7 
92,5 
HgBa 2 Ca 2 Cu 2 O 8 
134 
mA 
A 
B 
D©y ® ång 
D©y Constantan 
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. 
1. Hiện tượng nhiệt điện . 
a. Cặp nhiệt điện . Dòng nhiệt điện . 
- Dụng cụ thí nghiệm : 
 HiÖn t­îng nhiÖt ® iÖn 
* TiÕn hµnh thÝ nghiÖm : 
mA 
A 
B 
D©y ® ång 
D©y Constantan 
- Tiến hành thí nghiệm : 
HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN. 
1. Hiện tượng nhiệt điện . 
a. Cặp nhiệt điện . Dòng nhiệt điện . 
- Dụng cụ 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. 
- 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 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
kim loại A 
kim koại B 
Maët tieáp xuùc 
- Giả sử maät ñoä electron trong A lôùn hôn ôû trong B : 
- Soá electron töø A khueách taùn sang B qua maët tieáp xuùc nhieàu hôn soá electron khueách taùn töø B sang A. 
Keát quaû : Thanh kim loaïi A tích ñieän döông , thanh kim loaïi B tích ñieän aâm vaø taïi choã tieáp xuùc xuaát hieän moät ñieän tröôøng höôùng töø A sang B. 
* Giải thích hoạt động của cặp nhiệt điện . 
Kim loại A 
Kim loại A 
Kim loại B 
Kim loại A 
Kim loại A 
Kim loại B 
. HiÖn t­îng nhiÖt ® iÖn . 
* HiÖn t­îng nhiÖt điện lµ hiÖn t­îng t¹o thµnh suÊt ® iÖn ® éng nhiÖt ® iÖn trong mét m¹ch ® iÖn kÝn gåm hai vËt dÉn kh¸c nhau khi gi ÷ hai ® Çu mèi hµn ë hai nhiÖt ®é kh¸c nhau . 
Gi¶i thÝch sù t¹o thµnh suÊt ® iÖn ® éng nhiÖt ® iÖn ? 
b. BiÓu thøc cña suÊt ® iÖn ® éng nhiÖt ® iÖn . 
Khi hiÖu nhiÖt ®é cña hai ® Çu mèi hµn kh«ng qu ¸ lín th × ta cã biÓu thøc : 
 α T lµ g×? X¸c ® Þnh ®¬n vÞ cña nã ? Nã phô thuéc vµo yÕu tè nµo ? 
E = α T (T 1 – T 2 ) 
1. HiÖn t­îng nhiÖt ® iÖn . 
CẶP KIM LOẠI 
α T (  V/K ) 
Plantin-plantin phar«đi 
6,5 
Sắt - niken 
32,4 
Đồng - constannan 
40 
Sắt - constanan 
50,4 
Sắt - đồng 
8,6 
b. BiÓu thøc cña suÊt ® iÖn ® éng nhiÖt ® iÖn . 
E = α T (T 1 – T 2 ) 
α T phụ thuộc vật liệu cặp nhiệt điện 
α T là hệ số nhiệt điện động , đơn vị đo :  V/K 
c. ø ng dông cña cÆp nhiÖt ® iÖn . 
T×m hiÓu vÒ øng dông cña cÆp nhiÖt ® iÖn ? 
* NhiÖt kÕ nhiÖt ® iÖn . 
* Pin nhiÖt ® iÖn . 
 HiÖn t­îng nhiÖt ® iÖn . 
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 . 
mV 
1 
2’ 
2 
b 
a 
C 
Bài tập củng cố 1: Hãy chỉ rõ chiều dòng điện trong dây đồng dưới đây 
A 
B 
Bài tập củng cố 2: Theo bảng 13.1 SGK, hãy tìm điện trở suất của đồng tại nhiệt độ 0 độ C 
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA KIM LOẠI 
PHIÕU HäC TËP 1 
Em h·y chän ph­¬ng ¸n ® óng , ph­¬ng ¸n sai ? 
Kim lo¹i lµ chÊt dÉn ® iÖn tèt 
2. S ¾t dÉn ® iÖn tèt h ơ n ® ång 
3. VËn tèc trung b ì nh cña chuyÓn ® éng nhiÖt cña c¸c h¹t cỡ 10 -1 m/s 
4. ® iÖn trë suÊt cña kim lo¹i t ă ng theo hµm bËc nhÊt ® èi víi nhiÖt ®é 
5. Nguyªn tö mÊt ê lectron trë thµnh ion (+) 
6. C­êng ®é dßng ® iÖn trong kim lo¹i tu©n theo ® óng ® Þnh luËt «m nÕu nhiÖt ®é cña d©y kim lo¹i kh«ng thay ® æi 
7. ® Þnh luËt «m cho ® o¹n m¹ch U = I/R 
8. D©y kim lo¹i ® ång chÊt h ì nh trô : 
9 . Khi cã dßng ® iÖn ch¹y qua th ì d©y dÉn kim lo¹i nãng lªn 
10. ® ­ êng ® Æc tr­ng V«n – ampe cña mét ® o¹n m¹ch thuần R lµ mét ® ườ ng cong 
Nh­ vËy b¶n chÊt dßng ®iÖn trong kim lo¹i lµ g× ? 
B¶n chÊt dßng ®iÖn trong kimlo¹i Doøng ñieän trong kim loaïi laø doøng electron töï do chuyeån ñoäng coù höôùng d­íi t¸c dông cña ®iÖn tr­êng 
T¹i sao kim lo¹i dÉn ®iÖn tèt ? T¹i sao c¸c kim lo¹i kh¸c nhau ®é dÉn ®iÖn còng kh¸c nhau? 
 Gi¶i thÝch tÝnh chÊt ® iÖn cña kim lo¹i 
T¹i sao kim lo¹i cã ® iÖn trë? ( Hay nguyªn nh©n nµo g©y c¶n trë chuyÓn ® éng cña elec tron ?) 
T¹i sao khi nhiÖt ®é t¨ng th × ® iÖn trë kim lo¹i t¨ng ? 
T¹i sao d©y dÉn kim lo¹i nãng lªn khi cã dßng ® iÖn ch¹y qua? 
b .gi¶i thÝch tÝnh chÊt ® iÖn cña kim lo¹i 
TL: Sù mÊt trËt tù cña m¹ng tinh thÓ ®· c¶n trë chuyÓn ® éng cã h­íng cña c¸c elec tron tù do khi chóng “ va ch¹m “ víi nót m¹ng . Sù mÊt trËt tù cña m¹ng tinh thÓ do c¸c nguyªn nh©n sau 
 + MÐo m¹ng tinh thÓ do biÕn d¹ng c¬ 
 + Cã nguyªn tö l¹ trong khèi kim lo¹i 
 + ChuyÓn ® éng nhiÖt cña c¸c ion trong m¹ng tinh thÓ 
T¹i sao kim lo¹i cã ®iÖn trë? (nguyªn nh©n nµo g©y c¶n trë chuyÓn ®éng cña elec tron?) 
 Nh ­ vËy : 
Khi nhiÖt ®é t¨ng th × c¸c ion ë nót m¹ng dao ® éng cµng m¹nh , ®é mÊt trËt tù cña m¹ng tinh thÓ cµng cao, cµng c¶n trë chuyÓn ® éng cã h­íng cña c¸c e tù do v× vËy khi nhiÖt ®é t¨ng th × ® iÖn trë suÊt kim lo¹i t¨ng 
Kim lo¹i dÉn ®iÖn tèt ë nhiÖt ®é cao hay thÊp? Khi nhiÖt ®é t¨ng th× ®iÖn trë suÊt kim lo¹i thay ®æi nh­ thÕ nµo?Gi¶i thÝch? 
Khi va ch¹m th× ®éng n¨ng cña e tù do t¨ng hay gi¶m? 
VËy ®éng n¨ng chuyÓn thµnh d¹ng n¨ng l­îng nµo? 
Nh­ vËy t¹i sao d©y dÉn kim lo¹i nãng lªn khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua? 
TL: Do t¸c dông cña ® iÖn tr­êng c¸c electron chuyÓn ® éng cã gia tèc vµ thu ®­ îc mét n¨ng l­¬ng x¸c ® Þnh . N¨ng l­îng cña chuyÓn ® éng cã h­íng cña c¸c electron tù do ®­îc chuyÒn mét phÇn ( hoÆc hoµn toµn) cho c¸c ion ë nót m¹ng khi va ch¹m . V× vËy d©y dÉn kim lo¹i nãng lªn khi cã dßng ® iÖn ch¹y qua 
D©y dÉn kim lo¹i nãng lªn khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua 
Khi bËt c«ng t¾c ®Ìn ®iÖn ta thÊy ngay lËp tøc ®Òn s¸ng ph¶i ch¨ng c¸c elec tron chuyÓn ®éng víi vËn tèc rÊt lín tõ nguån ®iÖn tíi ®Ìn ? 
Ta biÕt vËn tèc cña chuyÓn ®éng cã h­íng cña electron chØ cì 0,2mm/s. Nh­ng khi bËt c«ng t¾c bãng ®Ìn dï ë rÊt xa còng s¸ng ngay chØ cã thÓ do t¸c dông cña ®iÖn tr­êng. ThËt vËy tèc ®é lan truyÒn cña ®iÖn tr­êng t¸c dông vµo c¸c electron rÊt lín cì 300.000km/s 
VËn dông cñng cè : 
C©u 1 :Chän c©u sai : 
H¹t t¶i ® iÖn trong kim lo¹i lµ electron tù do. 
Dßng ® iÖn trong kim lo¹i tu©n theo ® Þnh luËt ¤m nÕu nhiÖt ®é trong kim lo¹i ®­ îc gi ÷ kh«ng ® æi . 
H¹t t¶i ® iÖn trong kim lo¹i lµ ion ©m 
Dßng ® iÖn ch¹y qua d©y dÉn kim lo¹i g©y ra t ¸c dông nhiÖt. 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I. Tính chất điện của kim loại 
1. Kim loại dẫn điện tốt ( §é dÉn suÊt lín ) 
2. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ 
  =  0 (1 + α t) 
Trong ® ã :  0 : ® iÖn trë suÊt ë t 0 – ( nhiệt độ ban đầu ) 
  : ® iÖn trë suÊt ë t 
	 α : hÖ sè nhiÖt ® iÖn trë (K -1 ) ( α >0) 
  t = t – t 0 
3. Dòng điện trong kim tuân theo ĐL Ôm khi nhiÖt ®é kh«ng ® æi 
4. Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại có tác dụng nhiệt