Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 15: Dòng điện trong chất khí - Nguyễn Tiến Hùng

CHƯƠNG III Dòng điện trong các môi trường 
Giáo viên: Nguyễn Tiến Hùng 
Trường THPT Đông Anh 
Dòng điện trong chất khí 
15 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
1. Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường 
2. Bản chất dòng điện trong chất khí 
3. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí 
4. Tia lửa điện 
5. Hồ quang điện 
6. Câu hỏi và bài tập 
Nội dung 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
1. Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường 
a) Chất khí là môi trường cách điện: 
Chất khí gồm các phân tử khí trung hoà, trong chất khí không có hạt tải điện. Vì vậy chất khí là môi trường không dẫn điện. 
b) Sự dẫn điện của chất khí: 
Thí nghiệm 1: 
Tích điện vào một cái điện nghiệm, theo thời gian ta thấy góc của hai lá kim loại giảm dần. 
	Như vậy, điện đã truyền qua chất khíở điều kiện thường đến các vật khác. 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
1. Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường 
b) Sự dẫn điện của chất khí: 
Thí nghiệm 2: 
Không đốt đèn ga: I  0  bình thường chất khí không dẫnđiện, trong chất khí có sẵn rất ít hạt tải điện. 
Đốt đèn ga hoặc thổi khí nóng đi qua giữa hai bản cực: I  0 
Thay đèn ga bằng đèn thuỷ ngân (tia tử ngoại) ta có kết quả tương tự. 
Kết luận: ngọn lửa ga và tia bức xạ đãlàm tăng mật độ tải điện trong chất khí. 
R 
A 
B 
E 
V 
G 
Đ 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
Đ 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
Đ 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
Đ 
+ 
- 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
2. Bản chất dòng điện trong chất khí 
a) Sự ion hoá chất khí và các tác nhân ion hoá: 
Nhiệt độ cao, tia tử ngoại  được gọi là tác nhân ion hoá. 
Các tác nhân ion hoá có năng lượng cao làm ion hoá chất khí, tách phân tử khí trung hoà thành các ion+ và e tự do. Electron tự do lại có thể tái hợp với phân tử khí trung hoà thành ion- . 
Vậy, chất khí bị ion hoá có các hạt tải điện là ion+ , ion- và e tự do. 
b) Bản chất dòng điện trong chất khí: 
Dòng chuyển dời có hướng đồng thời của các ion dương, ion âm và electron dưới tác dụng của điện trường. 
3. quá trình dẫn điện tự lực và không tự lực 
a) Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí: 
Định nghĩa: Quá trình dẫn điện (phóng điện) tồn tại khi ta tạo ra hạt tải điện và biến mất khi ta ngừng tạo ra hạt tải điện. 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
3. Quá trình dẫn điện tự lực và không tự lực (tt) 
a) Quá trình dẫn điện không tự lực: 
Đặc điểm: Quá trình dẫn điện này không tuân theo định luật Ôm. 
Khi U nhỏ: I tăng theo U. 
Khi U đủ lớn: I = I bh . 
Khi U quá lớn: I tăng nhanhkhi U tăng. 
b) Quá trình dẫn điện tự lực: 
Định nghĩa: Quá trình dẫn điện (phóng điện) có thể được duy trì, không cần ta chủ động tạo ra hạt tải điện. 
Điều kiện: 
Có sự ion hoá các ptử khí do nhiệt của dòng điện; 
Có sự ion hoá các ptử khí do điện trường đủ mạnh. 
Catot bị nung đỏ phát xạ các electron nhiệt. 
Các ion dương có năng lượng lớn đập vào catot. 
U đủ lớn 
U quá lớn 
I bh 
U 
I 
0 
U nhỏ 
4. Tia lửa điện 
a) Định nghĩa: Q uá trình phóng điện tự lực trong chất khí giữa hai điện cực khi điện trường đủ. 
b) Điều kiện: E  3.10 6 V/m. 
c) Ứng dụng: 
Trong bộ phận đánh lửa (bugi) của động cơ nổ để đốt hỗn hợp nổ. 
Trong tự nhiên, sét là tia lửa điện hìnhthành giữa các đám mây mưa và mặt đất. 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
Tia lửa điện 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
5. Hồ quang điện 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
5. Hồ quang điện 
a) Định nghĩa: Quá trình phóng điện tự lực trong chất khí ở áp suất thường hoặc ở áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. 
b) Điều kiện: Ban đầu chạm hai điện cực vào nhau làm cho hai điện cực nóng đỏ đến mức phát ra một lượng lớn electron phát xạ nhiệt. Sau đó tạo ra một điện trường đủ mạnh giữa hai điện cực để tạo ra tia lửa điện. Khi đã có tia lửa điện, quá trình phóng điện tự lực tiếp tục duy trì, mặc dù ta giảm điện áp giữa hai điện cực đến giá trị không lớn. 
c) Đặc điểm: 
Dòng điện chủ yếu của hồ quang là dòng các electron từ K đến A, một phần là dòng ion dương từ A đến K. 
Dòng electron tới A làm nó nóng đỏ tới 3500 0 C, nóng chảy và lõm xuống, đồng thời chất khí bị ion hoá nên dẫn điện tốt. 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
5. Hồ quang điện 
d) Ứng dụng: 
Hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu... 
Máy hàn điện: 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
6. Câu hỏi và bài tập 
	 Câu 1: Dòng điện trong chất khí chỉ có thể là dòng chuyển dời có hướng của 
A. các electron mà ta đưa vào trong chất khí. 
B. các ion mà ta đưa từ bên ngoài vào trong chất khí. 
C. các electron và ion mà ta đưa từ bên ngoài vào trong chất khí. 
D. các electron và ion được tạo ra trong chất khí hoặc đưa từ bên ngoài vào trong chất khí. 
Trả lời: 
Đáp án: D. 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
6. Câu hỏi và bài tập 
	 Câu 2: Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực của chất khí, hình thành do 
A. phân tử bị điện trường mạnh làm ion hoá. 
B. catot bị nung nóng phát ra electron. 
C. quá trình nhân số hạt tải điện kiểu thác lũ trong chất khí. 
D. chất khí bị tác dụng của các tác nhân ion hoá. 
Trả lời: 
Đáp án: B. 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
6. Câu hỏi và bài tập 
	 Câu 3: Câu nào dưới đây nói về quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí là đúng? 
A. Quá trình dẫn điện không cần liên tục tạo ra hạt tải điện trong khối khí. 
B. Quá trình dẫn điện của chất khí trong một điện trường đủ mạnh. 
C. Quá trình dẫn điện được ứng dụng trong bugi của động cơ. 
D. Qúa trình dẫn điện chỉ tồn tại khi liên tục tạo ra các hạt tải điện trong khối khí. 
Trả lời: 
Đáp án: D. 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
6. Câu hỏi và bài tập 
	 Câu 4: Câu nào không đúng ? Tia lửa điện là quá trình 
A. phóng điện tự lực trong chất khí khi có điện trường đủ mạnh để làm ion hoá chất khí ở giữa hai điện cực. 
B. phóng điện không tự lực trong chất khí mà hạt tải điện mới sinh ra là electron tự do thoát khỏi catot khi ion dương tới đập vào catot. 
C. phóng điện tự lực trong chất khí có thể tự duy trì, không cần liên tục phun hạt tải điện vào. 
D. phóng điện tự lực trong chất khí được sử dụng trong bugi (bộ phận đánh lửa) để đốt hỗn hợp nổ trong động cơ nổ. 
Trả lời: 
Đáp án: B. 
GV: Nguyễn Tiến Hùng 
THPT Đông Anh 
6. Câu hỏi và bài tập 
	 Câu 5: Cho phóng điện qua chất khí ở áp suất thấp, giữa hai điện cực cách nhau 20cm. Quãng đường bay tự do của electron là 4cm. Cho rằng năng lượng mà electron nhận được trên quãng đường bay tự do đủ để ion hoá chất khí, hãy tính xem một electron đưa vào trong chất khí có thể sinh ra tối đa bao nhiêu hạt tải điện. 
Trả lời: 
Số electron tự do được tạo ra do ion hoá: 32 – 1 = 31 
Số ion dương được tạo ra do ion hoá: 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 31 
Tổng số hạt được sinh ra là: 31 + 31 = 62