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

CHƯƠNG III 
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG 
 B ản chất dòng điện trong các môi trường: kim loại, chất điện phân, chất khí, chân không, bán dẫn. 
 Ứ ng dụng của dòng điện trong các môi trường. 
Tiết 25: 
Dòng điện trong kim loại 
I. Bản chất của dòng điện trong kim loại. 	 
II. S ự ph ụ thu ộc c ủa đ i ện tr ở su ất c ủa kim loại theo nhiệt độ. 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn. 
IV. Hiện tượng nhiệt điện . 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I. Bản chất dòng điện 
trong kim loại 
Ion dương 
Electron tự do 
Electron 
Nguyên tử 
Hạt nhân 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I. Bản chất dòng điện 
trong kim loại 
Mô hình mạng tinh thể đồng 
Cấu trúc tinh thể ở kim loại 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
I. Bản chất dòng điện 
trong kim loại 
Trong nguyên tử kim loại, các êlectron hoá trị tách ra khỏi nguyên tử và trở thành electron tự do chuyển động trong kim loại 
Các nguyên tử mất đi electron trở thành ion dương dao động nhiệt tại nút mạng tinh thể. 
C ác ê lectron ho á tr ị t ách kh ỏi nguy ê n t ử , trở thành các ê lectron tự do với mật độ không đổi chuyển động hỗn loạn thành khí ê lectron cho án to àn b ộ khối kim lo ại và không sinh ra d òng đ i ện nào. 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I. Bản chất dòng điện 
trong kim loại 
Nguyên nhân gây ra điện trở kim loại là gì? 
Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do 
Các loại mất trật tự thường gặp là: 
. Dao động nhiệt của các iôn trong mạng tinh thể 
. Sự méo mạng tinh thể do biến dạng cơ 
. Các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại 
Tiết: 25 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I . Bản chất dòng điện 
trong kim loại 
E 
Khi chưa có điện trường 
Khi có điện trường 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I. Bản chất dòng điện 
trong kim loại 
E 
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các êlectron tự do dưới tác dụng của điện trường 
+ 
+ 
E 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
Nhiệt độ T 2 > T 1 
Điện trở 
+ 
+ 
E 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
Nhiệt độ T 1 
Điện trở 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ . 
Trong đó: 
 ρ 0 : là điện trở suất ở nhiệt độ t 0 C ( thường ở 20 o C) 
 ρ: là điện trở suất ở nhiêt độ t 0 C 
 α : Hệ số nhiệt điện trở, đơn vị K -1 phụ thuộc: 
 + Bản chất kim loại 
 + Nhiệt độ 
 + Độ sạch của kim loại 
 + Chế độ gia công vật liệu 
  =  0 [ 1+ α (t – t 0 ) ] 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn. 
Khi 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 thì điện trở của các kim loại sạch trở nên rất bé . 
Khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn T C thì điện trở suất đột ngột giảm xuống gần bằng 0. Ta nói rằng vật liệu đó đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn. 
Trả lời câu C2 
Vì cuộn dây siêu dẫn có R=0,nên năng lượng khòn bị tiêu hao 
Không dùng được, vì năng lượng điện bị mất đi do biến thành công của động cơ 
Ứng dụng: 
 - Để tạo ra các nam châm điện có từ trường rất mạnh. 
 - Trong tương lai dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện 
 - Và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
IV. Hiện tượng nhiệt điện 
Nếu sợi dây kim loại có 1 đầu nóng và 1 đầu lạnh thì chuyển động nhiệt của mạng tinh thể và các electron ở đầu nóng mạnh hơn đầu lạnh nên có xu hướng đẩy các êlectron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. 
Khi đó đầu nóng thiếu electron tích điện dương, đầu lạnh thừa electron tích điện âm. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng nhiệt điện 
Tiết 25: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
IV. Hiện tượng nhiệt điện 
Dây constantan 
Dây đồng 
Có dòng điện trong mạch, gọi là dòng nhiệt điện. 
 Suất điện động tạo nên dòng nhiệt điện gọi là suất điện động nhiệt điện 
Kết quả thí nghiệm 
KIẾN THỨC CẦN NHỚ 
Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. 
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. 
Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể làm cản trở chuyển động của các electron tự do, làm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ gần giá trị 0 K thì điện trở của kim loại sạch đều rất nhỏ. 
Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến 0 khi ở nhiệt độ nhỏ hơn (hoặc bằng) nhiệt độ tới hạn T C . 
Cặp nhiệt điện là hai dây dẫn kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ hai 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 .