Báo cáo điện hoàn chỉnh chương dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn

BÀI BÁO CÁO NHÓM 01
CHƯƠNG 5
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
a. Cấu tạo của kim loại:
Mạng tinh thể lục phương:
Thuộc loại này có các kim loại : Be, Mg, Zn,
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
a. Cấu tạo của kim loại:
Mạng tinh thể lập phương tâm diện:
Thuộc loại này có các kim loại : Cu, Ag, Au, Al,
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
a. Cấu tạo của kim loại:
Mạng tinh thể lập phương tâm khối:
Thuộc loại này có các kim loại : Li, Na, K, Mo,
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
Ion
Electron tự do
Electron trong nguyên tử
Nguyên tử tại nút mạng
tinh thể
Nhân
Các ng.tử mất đi e– Ion (+)
dao động nhiệt tại nút mạng.
Ion

Electron tự do
Ion
Electron tự do
Electron trong nguyên tử
Nhân
Ion
Electron tự do
Ion
Electron tự do
Electron trong nguyên tử
Nhân
Ion
Electron tự do
Ion
Electron tự do
Electron trong nguyên tử
Nguyên tử tại nút mạng
tinh thể
Nhân
Ion+
Electron tự do
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
a. Cấu tạo của kim loại:
Mô
hình
mạng
tinh
thể

đồng.
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
a. Cấu tạo của kim loại:
Mô hình sợi dây đồng và các
electron tự do bên trong
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
a. Cấu tạo của kim loại:
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
b. Tính chất điện của kim loại:
- Kim loại là chất dẫn điện tốt.
- Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm.
- Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt.
- Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ.
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
E
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
c. Bản chất của dòng điện trong kim loại:
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
c. Bản chất của dòng điện trong kim loại:
 Kết luận: Bản chất dòng điện trong kim loại là
dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do.
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN

A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
II. Nội dung thuyết electron cổ điển:
a.
Các electron tự do và ion dương ở nút mạng trong kim loại
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 1: SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỂN
II. Nội dung thuyết electron cổ điển:
b. Chất khí electron trong kim loại tuân theo định luật của khí lý
tưởng trong đó có định luật phân bố đều năng lượng theo các bậc
tự do. Theo định luật này thì động năng trung bình của một
electron có giá trị: W = 3/2KT
Dựa vào Thuyết này để tìm ra định luật Ohm, định luật
Joule-Lenz và giải thích tính dẫn điện của kim loại, nguyên nhân
gây ra điện trở, điện trở suất, sự biến đổi của điện trở khi nhiệt
độ tăng. Tuy nhiên, Thuyết này không giải thích được một số kết
quả vì không phù hợp với thực nghiệm.
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
I) Định nghĩa
(I) (II)
V
1
V’1
V
2
V’2
(1)
(2)
(2’)

(1’)
Năm 1795, Volt làm
TN và thấy rằng:
2 thanh kim loại
khác nhau đặt tiếp
xúc nhau thì giữa
chúng xuất hiện hiệu
điện thế. Hiệu điện
thế đó chính là hiệu
điện thế tiếp xúc.
Có 2 loại hiệu điện thế tiếp xúc:

Hiệu điện thế tiếp xúc trong

Hiệu điện thế tiếp xúc ngoài
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
(I) (II
)
V
1
V’
1
V2
V’
2
(1
)
(2
)

(2’
)
(1’
)
Gọi 1,2 là 2 điểm nằm
ngoài, sát mặt ngoài 2 thanh
kim loại.
Gọi 1’,2’ là 2 điểm nằm
trong, sát 2 đầu thanh kim
loại ở chỗ tiếp xúc.
V1, V’1, V’2, V2
là điện thế tương đứng tại
các điểm trên
Hiệu điện thế tiếp xúc trong
Hiệu điện thế tiếp xúc trong
' ' '
12 1 2
U V V
= −
12 1 2
U V V
= −
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
II) Công thoát
Xét một thanh kim loại ở trạng thái bình thường, các e
chuyển động hỗn loạn trong kim loại. Trong đó có một số e
có vận tốc chuyển động nhiệt lớn hơn nên thoát khỏi bề mặt
kim loại. Lúc này bề mặt kim loại mang điện(+) có tác
dụng hút e trở lại.

Các e tạo thành đám mây mỏng khoảng 10-8 m bao
quanh kim loại. Hai lớp điện tích tạo thành lớp điện kép gây
ra điện trường vecto E có hướng từ trong ra. Điện trường
này ko cho e thoát ra. Muốn e thoát ra phải tốn một công để
thắng công lực điện trường.
Công này phải lớn hơn hoặc bằng công của 1 e ở bề
mặt thoát khỏi kim loại gọi là công thoát e.
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
can
thoat can
A eU
A A eU
= −
= − =
1eV= 1,6.10-19 J
•
Công thoát phụ thuộc vào bản chất và trạng thái bề mặt kim
loại.
•
Với kim loại thật sạch và đặt trong chân không thì công thoát
khoảng vài eV
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
III) Hiệu điện thế tiếp xúc trong
Hai kim loại 1 và 2 tiếp xúc nhau thì giữa chúng xuất
hiện một hiệu điện thế tiếp xúc gọi là hiệu điện thế tiếp xúc
trong.
Giả sử hai kim loại cùng nhiệt độ, n1, n2 là nồng độ các
hạt mang điện tự do (xấp xỉ bằng mật độ nguyên tử). Do

chuyển động nhiệt, các electron khuếch tán cho nhau.
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
1 2
n
1
n
2
U’12
+
+
+
+
-
-
-
-
'
1
12
2
ln
kT
e
n
U
n
=
k: hằng số Bolzman
T: nhiệt độ tuyệt đối

e = 1,6.10-19 C
Thông thường: U’12: 10-3 – 10-2 V
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
III) Hiệu điện thế tiếp xúc ngoài
I II
U
U1
U2
+ Giả sử hai kim loại I và II đặt xa nhau,
A1, A2 là công thoát 2 kim loại đó
(AI>AII), nếu xem hiệu điện thế bên
ngoài kim loại bằng 0.
Điện thế trong kim loại I:
Điện thế trong kim loại II:
1
1
A
e
U
=
2
2
A
e
U
=
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
I II

U
U1 U2
U’12
U1
2
Cho 2 kim loại tiếp xúc nhau,
giữa I và II xuất hiện 1 hiệu
điện thế U’12
Ta có: U’12 = V’1 – V’2
Mà:
( ) ( ) ( )
' ' ' '
1 2 1 1 1 2 2 2
'
1 2 2 1 1
12 12
2
ln
V V V V V V V V
A A A A n
kT
U U
e e e e n
− = − + − + −
−
⇒ = − + + = +
Vì U1, U2 >> U’12
nên
2 1
12 2 1

A A
U U U
e
−
= − =
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
Tóm lại: Nguyên nhân gây ra hiệu điện thế tiếp xúc
ngoài là do công thoát của electron trong các kim loại khác
nhau và hiệu điện thế tiếp xúc ngoài giữa 2 kim loại cùng
nhiệt độ khi tiếp xúc nhau bằng hiệu công thoát của electron
trong hai kim loại đó chia cho e.
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
V) Hệ quả:
Nếu có 3 kim loại tiếp xúc nhau ta có hiệu điện thế tiếp xúc ngoài:
( ) ( ) ( ) ( )
' ' ' ' ' '
13 1 3 1 1 1 2 2 3 3 3
1 3
1 2 1
3 1
2 3 3
ln ln ln
3
U V V V V V V V V V V
A A
n n n
kT kT kT
U U

e n e n e n
= − = − + − + − + −
−
= − + + = +
I II
1
III
2
Hiệu điện thế tiếp xúc ngoài với mạch điện gồm nhiều kim loại tiếp
xúc nhau chỉ phụ thuộc bản chất kim loại 2 đầu dây dẫn ấy.
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 2: Hiệu Điện Thế Tiếp Xúc
Nếu nhiều kim loại tiếp xúc nhau tạo thành mạch kín cùng nhiệt độ T
' ' '
3
1 2
12 23 31
2 3 1
ln ln ln ln1 0
n
n n
kT kT kT kT
U U U
e n e n e n e
+ + = + + = =
I
II
III
U13
U12

U23
Vậy: Trong một mạch kín gồm
nhiều thanh kim loại tiếp xúc
nhau thì tổng hiệu điện thế bằng
không.
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 3: ỨNG DỤNG
Giả sử có hai thanh kim loại tiếp xúc nhau và nhiệt độ hai
mối nối khác nhau. Ta có dòng điện trong kim loại:
I II
U12
U21
T
1
0ln)(lnln
2
1
21
1
22
2
11
'
21
'
12
≠−=+=+
n
n
TT

e
k
n
n
e
kT
n
n
e
kT
UU
T2
2
1
21
ln)(
n
n
TT
e
k
−=
ε
Vậy
1. Hiện tượng nhiệt:
A. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Bài 3: Ứng dụng
mA
o
4

-4
Gồm hai dây dẫn bằng kim loại khhác nhau nối dính hai
đầu vào nhau tạo thành mạch kín . Trên đó người ta mắc
thêm một nhiệt kế.
2. Đo nhiệt độ:
a. Cấu tạo cặp nhiệt điện