Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 13: Dòng điện trong kim loại

dòng đ iện trong các môi trường 
Chương iii 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
i. Bản chất của dòng đ iện trong kim loại. 
* Các hạt tải đ iện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn đ iện rất tốt . 
* Dòng đ iện trong kim loại là dòng chuyển đ ộng có hướng của các electron tự do dưới tác đ ộng của đ iện trường . 
Tiết 23 : bài 13 : dòng đ iện trong kim loại 
ii. Sự phụ thuộc của đ iện trở suất của kim loại theo nhiệt độ. 
 Khi nhiệt độ tăng , chuyển đ ộng nhiệt của các ion trong mạng tinh thể tăng,làm cho đ iện trở của kim loại tăng . 
Đ iện trở của kim loại thay đ ổi nh ư thế nào khi nhiệt độ tăng ? 
ii. Sự phụ thuộc của đ iện trở suất của kim loại theo nhiệt độ. 
 Khi nhiệt độ tăng , chuyển đ ộng nhiệt của các ion trong mạng tinh thể tăng,làm cho đ iện trở của kim loại tăng . 
i. Bản chất của dòng đ iện trong kim loại. 
	Đ iện trở suất tăng theo nhiệt độ gần đ úng theo hàm bậc nhất . 
 (13.1) 
Trong đ ó : là đ iện trở suất ở nhiệt độ t 0 ( thường lấy là 20 0 C ). 
	 là hệ số nhiệt đ iện trở , đơn vị K -1 . 
4,1.10 -3 
3,9.10 -3 
4,3.10 -3 
4,4.10 -3 
6,5.10 -3 
-70.10 -3 
4,5.10 -3 
1,62.10 -8 
10,6.10 -8 
1,69.10 -8 
2,75.10 -8 
9,68.10 -8 
0,25.10 4 
5,25.10 -8 
Bạc 
Bạch kim 
Đ ồng 
Nhôm 
Sắt 
Lilic 
Vonfam 
Chất 
12 
10 
 8 
 6 
 4 
 2 
 0 
 400 800 1200 
(10 -8 Ω.m ) 
T( K ) 
ii. Sự phụ thuộc của đ iện trở suất của kim loại theo nhiệt độ. 
	 Ngoài ra hệ số nhiệt đ iện trở của mỗi kim loại không hững phụ thuộc vào nhiệt độ , mà còn phụ thuộc vào cả độ sạch và chế độ gia công vật liệu đ ó . 
iii. đ iện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn . 
 Khi nhiệt độ giảm , mạng tinh thể càng bớt mất trật tự nên càng ít cản trở sự chuyển đ ộng của các electron, đ iện trở của kim loại giảm liên tục . Đ ến gần 0 K th ì đ iện trở của kim loại rất bé . 
12 
10 
 8 
 6 
 4 
 2 
 0 
 400 800 1200 
(10 -8 Ω.m ) 
T( K ) 
 Đ ồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của đ iện trở suất của đ ồng theo nhiệt độ đư ợc vẽ trên đ ồ thị bên . 
 0 T c 
(10 -8 Ω.m ) 
T( K ) 
iii. đ iện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn . 
 Một số kim loại nh ư Hg,Pb  một số hợp kim nh ư Nb 3 Sn, Nb 3 Ge..và một số ô xit kim loại khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn T c th ì đ iện trở đ ột ngột giảm xuống bằng 0 . 
 Nhiều tính chất khác của kim loại cũng thay đ ổi đ ột ngột ở nhiệt độ này . Ta nói rằng các vật liệu đ ó đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn . 
Tên vật liệu 
T c ( K) 
Nhôm 
Thủy ngân 
Chì 
Nb 3 Sn 
HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 
1,19 
4,16 
7,19 
18 
134 
 Ngày nay các cuộn dây siêu dẫn đư ợc sử dụng để tạo ra các nam châm đ iện có từ trường rất mạnh. Cho dòng đ iện chạy qua các cuộn dây siêu dẫn rồi bỏ nguồn đ iện đi th ì dòng đ iện vẫn tiếp tục chạy trong nhiều năm mà không yếu đi. 
 Vì sao dòng đ iện chạy trong các cuộn dây siêu dẫn lại có thể duy tr ì lâu dài ? 
 Vì đ iện trở của cuôn dây siêu dẫn bằng không nên không có tổn hao trên đư ờng dây . 
 Vậy , vật liệu siêu dẫn là vật liệu có đ iện trở đ ột ngột giảm về 0 khi nhiệt độ T< T c . 
 Nếu sợi dây kim loại có một đ ầu nóng và một đ ầu lạnh th ì các electron sẽ chuyển đ ộng nh ư thế nào ? 
iv. Hiện tượng nhiệt đ iện . 
 Thuyết electron về tính dẫn đ iện của kim loại còn cho thấy , nếu sợi dây kim loại có một đ ầu nóng và một đ ầu lạnh, th ì chuyển đ ộng nhiệt của các electron sẽ làm cho một phần electron ở đ ầu nóng dồn về đ ầu lạnh. Đ ầu nóng sẽ tích đ iện dương , đ ầu lạnh sẽ tích đ iện âm.( hình vẽ ). Giữa đ ầu nóng và đ ầu lạnh có một hiệu đ iện thế nào đ ấy . 
 Nếu lấy 2 dây kim loại khác loại hàn hai đ ầu với nhau và để hai đ ầu ở hai nhiệt độ khác nhau th ì hiệu đ iện thế giữa hai đ ầu sẽ khác nhau , khiến trong mạch có suất đ iện đ ộng C . C gọi là suất đ iện đ ộng nhiệt đ iện và bộ dây dẫn hàn hai đ ầu vào nhau gọi là cặp nhiệt đ iện . 
T 1 t 1 > t 2 t 2 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
+ 
+ 
Cốc nước đá 
Đ èn hàn 
iv. Hiện tượng nhiệt đ iện . 
 Thực nghiệm chứng tỏ : 
 Trong đ ó : 
 là hiệu nhiệt độ ở hai đ ầu . 
 là hệ số nhiệt đ iện đ ộng , phụ thuộc vào bản chất của kim loại dùng làm cặp nhiệt đ iện , đơn vị V/K. 
 Suất đ iện đ ộng nhiệt đ iện tuy nhỏ nhưng rất ổn đ ịnh theo thời gian và đ iều kiện thí nghiệm , nên cặp nhiệt đ iện đư ợc dùng chủ yếu để đo nhiệt độ. 
 Ba loại cặp nhiệt đ iện thường dùng là: 
	 Cặp Platin – platin pha rôđi 
	 Cặp crômmen – alumen 
	 Cặp đ ồng – constantan 
* Các hạt tải đ iện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn đ iện rất tốt . 
* Dòng đ iện trong kim loại là dòng chuyển đ ộng có hướng của các electron tự do dưới tác đ ộng của đ iện trường . 
* Vậy , vật liệu siêu dẫn là vật liệu có đ iện trở đ ột ngột giãm về 0 khi nhiệt độ T< T c . 
* Chuyển đ ộng nhiệt của mạng tinh thể cản Trở chuyển đ ộng của các hạt tải đ iện làm cho đ iện trở của kim loại phụ thuộc nhiệt độ. 
Các kim loại đ ều : 
dẫn đ iện tốt , có đ iện trở không thay đ ổi theo . 
dẫn đ iện tốt , có đ iện trở suất thay đ ổi theo nhiệt độ. 
dẫn đ iện tốt nh ư nhau , có đ iện trở suất thay đ ổi theo nhiệt độ. 
dẫn đ iện tốt , có đ iện trở suất thay đ ỏi theo nhiệt độ giống nhau . 
2. Hạt tải đ iện trong kim loại là 
các electron của nguyên tử . 
các electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử . 
các electron hóa trị đã bị bay ra khoi tinh thể . 
các electron hóa trị chuyển đ ộng tự do trong mang tinh thể .