Bài giảng môn Vật lí Lớp 11 - Bài 13: Dòng điện trong kim loại (Chuẩn kĩ năng)

Chương III 
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG 
Bài 13: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
 Sự tạo thành các hạt mang điện 
Nguyên tử đồng mất e hóa trị trở thành ion dương 
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
 Cấu trúc mạng tinh thể kim loại : 
Mô hình mạng tinh thể đồng 
Các electron chuyển động hỗn loạn , chưa tạo thành dòng điện ( đèn chưa sáng ). 
Hiện tượng gì xảy ra khi đặt vật dẫn KL trong điều kiện bình thường ? 
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
E 
Hiện tượng gì xảy ra khi đặt vật dẫn KL vào điện trường ngoài ? 
Các electron chuyển động có hướng , tạo thành dòng điện ( đèn sáng ). 
Kết luận 
Không có điện trường ngoài 
Có điện trường ngoài 
Chuyển động của các e 
Kết luận 
Hỗn loạn không ngừng 
Có hướng 
Không có dòng điện 
Có dòng điện 
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
Sự va chạm giữa các electron và ion dương khi có điện trường 
+ 
- 
- 
- 
- 
- 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
E 
 Nêu bản chất dòng điện trong kim loại ? 
Hạt tải điện trong kim loại là gì ? Lý do kim loại dẫn điện tốt ? 
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
 Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các e tự do dưới tác dụng của điện trường . 
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ 
 Kết quả từ thực nghiệm 
( Theo dõi bảng số liệu và đ ồ thị tương ứng ) 
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ . 
Kim loại 
 0 ( Ω m) 
α (K -1 ) 
Bạc 
Đồng 
Bạch kim 
Nhôm 
Sắt 
1,62.10 -8 
10,6.10 -8 
1,69.10 -8 
2,75.10 -8 
9,68.10 -8 
Vonfram 
5,25.10 -8 
4,1.10 -3 
4,3.10 -3 
3,9.10 -3 
4,4.10 -3 
6,5.10 -3 
4,5.10 -3 
Điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại 
Điện trở suất phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào ? 
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ 
 Thí nghiệm đã chứng tỏ điện trở suất  của kim loại biến thiên theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất : 
 0 là điện trở suất ở t 0 o C ( thường lấy 20 o C), 
α là hệ số nhiệt điện trở có đơn vị đo là K - 1 . 
 Hệ số nhiệt điện trở của mỗi kim loại phụ thuộc vào : nhiệt độ , độ sạch và chế độ gia công vật liệu . 
 Kết quả từ thực nghiệm 
Mô hình mạng tinh thể đồng 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn . 
 Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp 
 Khi nhiệt độ càng giảm mạng tinh thể càng bớt mất trật tự , nên sự cản trở của nó đến các e càng ít , điện trở suất của kim loại giảm liên tục . 
 Nhiệt độ gần giá trị không điện trở của các kim loại sạch đều rất bé . 
 Hiện tượng siêu dẫn . 
a. Kết quả thu được từ thực nghiệm . 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn . 
R( ) 
T( K ) 
4 
2 
0 
0,08 
0,16 
6 
0 K 
2 K 
4 K 
8 K 
6 K 
Temp 
Quan sát đồ thị thu được hãy cho biết sự phụ thuộc của đ iện trở của cột thuỷ ngân vào nhiệt độ ? Nhận xét sự thay đổi điện trở của cột thuỷ ngân ở lân cận nhiệt độ 4 0 C ? 
 Hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ T C nào đó , điện trở của kim loại ( hợp kim ) giảm đột ngột đến giá trị bằng không được gọi là hiện tượng siêu dẫn . 
Kết luận Hiện tượng siêu dẫn . 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn . 
Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn . 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn . 
1. Chế tạo ra ngững nam châm điện có cuộn dây bằng vật liệu siêu dẫn . 
 Ưu điểm : + Tạo ra từ trường mạnh trong một thời gian dài . 
	 + Không hao phí năng lượng và toả nhiệt . 
2. Chế tạo các đường dây cáp siêu dẫn trong việc truyền tải điện năng đi xa . 
 Ưu điểm : 
+ Không tổn hao năng lượng do không có điện trở . 
	 + Tiết kiệm vật liệu chế tạo . 
Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn . 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn . 
Tàu đệm từ 
Tàu đệm từ 
9 
4 
2 
0 
2 
4 
6 
V 
0:6 mV 
Khoa vËt lÝ Tr­êng § hsp Tn 
VËt lÝ kÜ thuËt 
= 1 ┴ 
0 
100 
200 
300 
400 
500 
600 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
100 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
100 
0 
100 
200 
300 
400 
500 
600 
 Kết quả thí nghiệm . 
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN 
Trong mạch xuất hiện dòng điện có chiều hướng từ mối hàn có nhiệt độ thấp sang mối hàn có nhiệt độ cao . 
T 1 
T 2 
T 1 = T 2 
T 1 > T 2 
- 
+ 
T 1 
T 2 
Xét một dây dẫn kim loại : 
 Giải thích : 
* Êlectron khuếch tán từ đầu nóng qua đầu lạnh làm đầu nóng tích điện dương , đầu lạnh tích điện âm 
Tồn tai một hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của dây dẫn . 
* Cặp nhiệt điện là hai dây dẫn kim loại khác bản chất , hai đầu hàn vào nhau . 
* Suất điện động nhiệt điện : 
T 1 : nhiệt độ ở đầu nóng (K) 
: Hệ số nhiệt điện động (V/K) 
* Ứng dụng : . 
T 2 : nhiệt độ ở đầu lạnh (K) 
- Nhiệt kế nhiệt điện 
- Pin nhiệt điện 
 Kết luận . 
 Hiện tượng tạo thành Suất điện động nhiệt điện trong một mạch kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau gọi là hiện tượng nhiệt điện . 
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN 
 Suất điện động tạo ra dòng điện trong trường hợp này gọi là suất điện động nhiệt điện . 
Củng cố bài học 
 Câu 1: Khi nhiệt độ của dây kim loại tăng , điện trở của nó sẽ : 
A. Giảm đi . 
B. Không thay đổi . 
D. Ban đầu tăng lên theo nhiệt độ nhưng sau đó lại giảm dần . 
Câu hỏi trắc nghiệm 
C. Tăng lên . 
 Câu 2: Hạt tải điện cơ bản trong kim loại là : 
B. Các iôn âm 
C. Các iôn dương 
D. Các nguyên tử 
A. Các electron tự do chuyển động trong mạng tinh thể kim loại . 
BÀI TẬP TỰ LUẬN 
1. Ở 20 0 C điện trở suất của bạc là 1,62.10 -6 Ω m. Bi ết h ệ s ố nhi ệt đ i ện tr ở c ủa b ạc l à 4,1.10 -3 K -1 .H ỏi ở 330K th ì đ i ện tr ở su ất c ủa b ạc l à bao nhi ê u. 
2. Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số α T =65µV/K, được đặt trong không khí ở 20 0 C, mối hàn kia đun nóng ở 232 0 C. Tinh suất điện động của cặp nhiệt điện . 
BÀI HỌC KẾT THÚC