Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 13: Dòng điện trong kim loại (Bản chuẩn kiến thức)

ại khi ở điều kiện thường và khi có điện trường. 
2. Giải thích sự gây ra điện trở của kim loại và hiện tượng toả nhiệt của kim loại khi có dòng điện chạy qua. 
3.Hạt tải điện trong kim loại là gì? lý do kim loại dẫn điện tốt? 
Các electron chuyển động hỗn loạn, chưa tạo thành dòng điện (đèn chưa sáng). 
Chuyển động của e khi chưa có điện trường ngoài 
 Nêu các đặc điểm về điện của kim loại ở điều kiện bình thường ? 
 Hiện tượng gì xảy ra khi đặt vật dẫn kim loại vào điện trường ngoài ? 
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
E 
Chuyển động của e khi có điện trường ngoài 
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 
Giải thích sự gây ra điện trở của kim loại? 
Giải thích hiện tượng toả nhiệt ở kim loại khi có dòng điện chạy qua? 
I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
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 
Kết luận 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 
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ 
 Cho biết sự phụ thuộc của điện trở suất kim loại vào nhiệt độ ? 
 Điện trở suất thay đổi như thế nào khi nhiệt độ giảm? 
 Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại cũng giảm . 
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ 
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: 
 Trong đó  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 không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà còn cả độ sạch và chế độ gia công vật liệu. 
 Kết quả từ thực nghiệm 
 Kết luận: 
 Khi nhiệt độ giảm , chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể giảm làm cho điện trở suất của kim loại giảm . 
 Điện trở suất của kim loại biến thiên tỉ lệ thuận với nhiệt độ. 
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ 
. Giải thích 
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. 
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN 
 Thí nghiệm. 
 Hiện tượng gì xảy ra khi dùng đèn cồn tăng độ chênh lệch của hai mối hàn A và B bằng cách đốt nóng một mối hàn? 
V 
T 2 
T 1 
nước đá 
ngọn nến 
dây constantan 
dây đồng 
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: 
 Theo thuyết e về tính dẫn điện của kim loại, thấy nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của e sẽ làm cho một phần e tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh → đầu nóng tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm → gi ữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế nào đấy. 
 Vì 2 dây kim loại khác nhau nên hiệu điện thế giữa đầu nóng và lạnh của từng dây không giống nhau → trong m ạch có một suất điện động ξ . 
 Giải thích: 
 Thí nghiệm chứng tỏ rằng: 
Trong đó (T 1 – T 2 ) là hiệu nhiệt độ ở hai đầu nóng và lạnh, α t là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất kim loại và vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện. 
Kết quả thí nghiệm. 
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN 
 Suất điện động ξ gọi là suất điện động nhiệt điện. Bộ dây dẫn hàn hai đầu với nhau được gọi là cặp nhiệt điện. 
 Kết quả thí nghiệm. 
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN 
 Suất điện động tuy nhỏ nhưng ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm. 
 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. 
Một số giá trị của hệ số nhiệt điện động với một số cặp kim loại. 
Cặp kim loại 
α t (µV/K) 
Platin – platin pha rôđi 
Sắt - đồng 
Sắt - niken 
Đồng - constantan 
Sắt - constantan 
6,5 
8,6 
32,4 
40 
50,4 
 Ứng dụng của cặp nhiệt điện: 
 Nhiệt kế nhiệt điện. 
 Pin nhiệt điện. 
mV 
nhiệt điện kế 
a 
b 
hai dây a, b được đặt trong ống sứ c để bảo vệ cho mối hàn 1 tránh tác dụng hoá học. 
1 
IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN 
Ứng dụng của cặp nhiệt điện : 
Cặp nhiệt điện dùng để làm nguồn điện và dùng để đo nhiệt độ 
Pin nhiệt điện : Mắc nối tiếp nhiều cặp nhiệt điện ta được một pin gọi là pin nhiệt điện , có suất điện động vài vôn và cường độ dòng điện đến vài ampe . Nhưng hiệu suất của pin nhiệt điện rất thấp ( khoảng 0,1%) nên chỉ được dùng trong những trường hợp thật là cần thiết . 
Nhiệt kế nhiệt điện : Theo biểu thức  =  (T 1 – T 2 ), nếu ta giữ T 1 không đổi thì thông qua việc đo  , ta có thể suy ra được T 2 và ngược lại . Muốn tăng độ nhạy của cặp nhiệt điện , người ta thường ghép nối tiếp nhiều cặp thành bộ . Cặp nhiệt điện có rất nhiều ưu điểm trong việc đo nhiệt độ : độ nhạy cao , quán tính nhỏ , sử dụng được trong những khoảng nhiệt độ rộng , đo được nhiệt độ của những thể tích nhỏ , đo từ xa  và ưu điểm căn bản là không cần nguồn điện . 
Kiến thức trọng tâm của bài học 
Hạt tải điện trong kim loại là các e tự do. Mật độ e tự do cao nên kim loại dẫn điện tốt. 
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các e tự do dưới tác dung của điện trường 
Chuyển động nhiệt của các tinh thể làm cản trở chuyển động của các e tự do, làm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ gần giá trị 0 thì điện trở của kim loại sạch đều rất nhỏ. 
Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đện 0 khi ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ T C nào đó. 
Cặp nhiệt điện là 2 dây dẫn kim loại khác bản chất, hai đầu hàn với nhau.Khi nhiệt độ 2 mối hàn khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện ξ = α T (T 1 –T 2 ) , α T l à h ệ s ố nhi ệt đ i ện động . 
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 . 
 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 
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 
Chúc các thầy cô luôn công tác tốt 
Chúc các em học tập tiến bộ 
Goodbye!