Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài: Dòng điện trong kim loại và thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại

29 ơng Stefan Grey đã tìm ra rằng cĩ 1 số chất , trong đĩ cĩ kim loại , cĩ thể dẫn điện . Những chất như vậy gọi là những chất dẫn điện . Ơng ta cũng phát hiện ra rằng những chất khác như thuỷ tinh , lưu huỳnh , hổ phách và sáp khơng dẫn điện . Những chất đĩ được gọi là những chất cách điện . 
LỊCH SỬ VỀ DÒNG ĐIỆN 
Bước tiến tiếp theo trong việc nghiên cứu về dịng điện là vào năm 1733 khi một người Pháp cĩ tên là Duy Phey tìm ra vật tích điện dương và vật tích điện âm , mặc dù ơng cho rằng đĩ là 2 loại điện khác nhau . Bedzamin Franklin là người đầu tiên thử giải thích thế nào là dịng điện . Theo ơng tất cả các chất trong tự nhiên đều cĩ chứa " chất lỏng điện ". Khi 2 chất va chạm vào nhau thì một số " chất lỏng " của chất này sẽ bị lấy sang chất khác . Ngày nay chúng ta nĩi " chất lỏng " được cấu tạo từ những điện tử mang điện tích âm . Bộ mơn khoa học nghiên cứu về điện phát triển rầm rộ từ năm 1880 khi mà Alexandro Volta đã sáng chế ra pin. Phát minh này đã mang đến cho lồi người nguồn năng lượng thường xuyên và kéo theo nĩ tất cả những phát minh quan trọng nhất trong lĩnh vực này . 
Chất khí 
Chất bán dẫn 
Kim loại 
Dòng điện 	 trong 	 
Chân không 
Chất điện PHAân 
Vật bán dẫn transidos 
Mạch đđiện tử 
Bộ lọc vi sinh chân không 
Máy cô đặc chân không 
Ống chân không 3 cực là thiết bị dùng để khuếch đại tín hiệu còn gọi là đèn điện tử 
Bạch kim 
Bạc 
Đồng 
Nhôm 
Manganin 
Sắt 
Bài 27: 
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
VÀ THUYẾT ELECTRON 
VỀ TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA KIM LOẠI 
ÔN LẠI BÀI CŨ 
Dòng điện là gì ? 
Dòng điện trong kim loại là gì ? 
+ Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích . 
+ Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do. 
NỘI DUNG BÀI 
 III. GIẢI THÍCH TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA KIM LOẠI BẰNG THUYẾT ELECTRON TỰ DO 
I.TÍNH CHẤT ĐIỆN CHUNG CỦA KIM LOẠI 
II. THUYẾT ELECTRON VỀ TÍNH 
DẪN ĐIỆN CỦA KIM LOẠI 
Một số câu hỏi 
Kim loại 
 o (Ω.m ) 
 (K -1 ) 
Bạc 
1,26.10 -8 
4,1.10 -3 
Bạch kim 
10,6.10 -8 
3,9.10 -3 
Đồng 
1,69.10 -8 
4,3.10 -3 
Manganin 
48,2.10 -8 
2.10 -3 
Nhôm 
2,75.10 -8 
4,4.10 -3 
Sắt 
9,68.10 -8 
6,5.10 -3 
Vônfam 
5,5.10 -8 
4,5.10 -3 
 0 : điện trở suất ở t 0 ( 0 C). ( thường là 20 0 C) 
  : hệ số nhiệt điện trở . 
 Những chất nào ở bảng bên là kim loại ? 
I. TÍNH CHẤT ĐIỆN CHUNG CỦA KIM LOẠI 
Một số câu hỏi 
Kim loại 
 o (Ω.m ) 
 (K -1 ) 
Bạc 
1,26.10 -8 
4,1.10 -3 
Bạch kim 
10,6.10 -8 
3,9.10 -3 
Đồng 
1,69.10 -8 
4,3.10 -3 
Manganin 
48,2.10 -8 
2.10 -3 
Nhôm 
2,75.10 -8 
4,4.10 -3 
Sắt 
9,68.10 -8 
6,5.10 -3 
Vônfam 
5,5.10 -8 
4,5.10 -3 
 0 : điện trở suất ở t 0 ( 0 C). ( thường là 20 0 C) 
  : hệ số nhiệt điện trở . 
 Độ lớn điện trở suất của kim loại nằm trong miền nào và có giống nhau không ? Tại sao ? 
 Hệ số nhiệt điện trở của là gì và nó có đặc điểm gì đối với kim loại ? 
 Manganin là hợp kim nhưng nếu xét tính chất điện thì có thể xem nó như kim loại không ? Tại sao ? 
Độ lớn điện trở suất của kim loại nằm trong miền : 	 10 -8 	 10 -7 (Ω.m) 
Các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau và mật độ electron tự do khác nhau .	 Do đó , tác dụng ngăn cản chuyển động có hướng của các electron tự do trong mỗi kim loại cũng khác nhau . Đó là lí do khiến cho điện trở suất của các kim loại khác nhau thì khác nhau . 
 Độ lớn điện trở suất của kim loại nằm trong miền nào và có giống nhau không ? Tại sao ? 
Hệ số nhiệt điện trở đặc trưng cho sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ . 
 Hệ số nhiệt điện trở của kim loại luôn dương . 
Manganin là hợp kim đặc biệt có hệ số nhiệt điện trở rất nhỏ . Hợp kim này được dùng để chế tạo các cuộn dây điện trở chuẩn mà trị số điện trở hầu như không thay đổi trong quá trình sử dụng . Do đó , xét tính chất điện thì ta có thể xem nó là kim loại vì nó dẫn điện tốt ngay cả khi nhiệt độ tăng . 
 Hệ số nhiệt điện trở của là gì và nó có đặc điểm gì đối với kim loại ? 
 Manganin là hợp kim nhưng nếu xét tính chất điện thì có thể xem nó như kim loại không ? Tại sao ? 
 Nhận xét : 
 Kim loại là chất dẫn điện tốt 
Độ lớn điện trở suất của kim loại nằm trong miền : 	10 -8 	 10 -7 (Ω.m) 
Hệ số nhiệt điện trở của kim loại luôn dương . 
Xét tính chất điện thì ta có thể xem Manganin là kim loại vì nó dẫn điện tốt ngay cả khi nhiệt độ tăng . 
+ Trong kim loại có những hạt nào mang điện , tại sao lại nói electron là hạt tải điện ? 
+ Trong nguyên tử kim loại có hai loại hạt mang điện là : các hạt ion và các hạt electron. 
+ Có thể kết luận các electron dẫn điện trong kim loại là các electron tự do vì chỉ có các electron tự do mới có thể di chuyển và mang theo điện tích . 
Nhận xét : Hạt tải điện trong kim loại là hạt electron 
+ Tại sao có tể kết luận các electron dẫn điện là các electron tự do? 
Thí nghiệm kiểm tra dòng điện chạy trong dây kim loại có tuân theo định luật Ohm hay không ? 
V 
R 
A 
R V 
K 
_ 
 + 
0 
I 
U 
Khi nhiệt độ của điện trở R không đổi thì U = RI.Đồ thị có dạng như hình vẽ : 
V 
R 
A 
R V 
K 
_ 
 + 
Dòng điện I tuân theo định luật Ohm 
0 
I 
U 
V 
R 
A 
R V 
K 
_ 
 + 
Khi nhiệt độ của điện trở R tăng thì đồ thị có dạng như hình vẽ : 
Như vậy điện trở của kim loại tăng theo nhiệt độ . 
Kết quả thí nghiệm : 
Ta có : 
Nên : 
Nhận xét : 
Thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất  của kim loại phụ thuộc nhiệt độ theo hàm bậc nhất : 
Ngoài ra hệ số nhiệt điện trở  còn phụ thuộc vào độ sạch và chế độ gia công vật liệu . 
I. TÍNH CHẤT ĐIỆN CHUNG CỦA KIM LOẠI 
Hạt tải điện trong kim loại là electron. 
Khi nhiệt độ không đổi , dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ohm. 
Kim loại là chất dẫn điện tốt . 
Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ . 
II. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
1. Nội dung của thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
a/* Trong kim loại , các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương . 
* Các ion dương liên kết với nhau một cách tuần hoàn , trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại 
* Điểm mất trật tự của mạng tinh thể là điểm mà tính tuần hoàn và trật tự bị vi phạm . 
b/* Các electron hoá trị(electron ) sau khi tách ra khỏi nguyên tử sẽ chuyển động hỗn loạn trong tinh thể . 
* Vận tốc u ≈ 10 6 m/s v à ít phụ thuộc vào nhiệt độ . 
* Chuyển động này không sinh ra dòng điện . 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
c/* Chuyển động của electron bị lệch hướng khi đến gần các chỗ mất trật tự của mạng tinh thể . Ta nói electron va chạm vào các chỗ mất trật tự của mạng tinh thể . 
* Giữa hai lần va chạm liên tiếp , electron bay tự do. Thời gian bay tự do trung bình và quãng đường bay tự do trung bình của chúng phụ thuộc vào mức độ mất trật tự của mạng tinh thể . 
* Sau thời gian bay tự do trung bình mọi electron đều nhận thêm vận tốc ngược chiều điện trường : 
 : gọi là vận tốc trôi 
 t càng dài thì v tr càng lớn nghĩa là electron càng linh động . 
 d/Dưới tác dụng của điện trường mà ta đặt vào kim loại , các electron đều chịu lực tác dụng 	 của lực tĩnh điện nên có gia tốc 
* Chuyển động trôi của electron tạo ra dòng điện , song v tr << u nên vận tốc tổng cộng của electron xem như vẫn là u. 
e//* Hệ số tỉ lệ giữa độ lớn của vận tốc trôi v tr với cường độ điện trường E gọi là độ linh động µ n của electron: 
Độ linh động của hạt tải điện là một đại lượng vật lí có giá trị bằng vận tốc trôi của hạt tải điện khi điện trường bằng 1V/m. đơn vị của nó là m 2 /V.s. 
g//* Mỗi khi va chạm electron truyền năng lượng mà nó nhận từ điện trường trong quãng đường bay tự do cho mạng tinh thể dưới dạng nhiệt . 
II. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
2. Biểu thức của điện dẫn suất  của kim loại 
 : điện trở suất 
e : điện tích nguyên tố 
n : mật độ êlectrôn 
 : điện dẫn suất 
 n : độ linh động 
σ : (Ω.m) -1 hay simen 
e = 1,6.10 -19 C 
n : mật độ electron(electron/m 3 ). 
µ n : độ linh động (m 2 /V.s) . 
CÁC ĐƠN VỊ 
III.Giải thích tính chất điện của kim loại bằng thuyết electron tự do 
Mật độ hạt tải điện trong kim loại n rất lớn , vào cỡ mật độ nguyên tử kim lọai (10 28 /m 3 ) vì thế kim loại dẫn điện rất tốt . 
Khi nhiệt độ không đổi , đọâ mất trật tự của tinh thể kim loại không đổi . Vận tốc của chuển động nhiệt hỗn loạn của electron rất lớn so với vận tốc trôi nên không phụ thuộc cường độ điện trường E. kết quả là độ linh động µ n không đổi , tức là R = hằng số và không phụ thuộc cường độ điện trường . Vì vậy , dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ohm. 
4. Khi nhiệt độ rất thấp , xấp xỉ độ không tuyệt đối , nếu kim loại tinh khiết các ion sắp xếp rất trật tự . Hạt tải điện rất ít bị va chạm nên rất lớn , điện trở suất của kim loại trở nên rất nhỏ . 
3. Khi nhiệt độ tăng độ mất trật tự của tinh thể tăng kéo theo giảm , do đó độ linh động giảm . Kết quả là điện trở của kim loại tăng theo nhiệt độ . 
CÁM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý THEO DÕI