vật lí chương 3 lớp 11

chào mừng thầy cô và các
bạn đến với bài thuyết trình
của tổ 4


chương III: dòng điện trong các môi
trường

1.Dòng điện trong kim loại
2.Dòng điện trong chất điện phân
3.Dòng điện trong chất khí
4.Dòng điện trong chân không
5.Dòng điện trong chất bán dẫn


bản chất của dòng điện trong kim loại

 Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron trở
thành các iôn dương.

Nguyên tử
-

Ion dương

một nguyên tử kim
loại

-

++

+ +

-

-

Electron tự
do


 Các iôn dương liên kết với nhau một cách trật tự
tạo nên mạng tinh thể và dao động nhiệt quanh nút
mạng.
 Nhiệt độ càng cao, dao động càng mạnh, mạng
tinh thể càng mất trật tự

 Các electron tách khỏi nguyên tử và chuyển
động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do.

Mô hình mạng tinh thể đồng


NỘI DUNG BÀI HỌC


Điện trường ngoài làm các electron tự do chu
yển động có hướng (ngược hướng điện trường)
tạo ra dòng điện.

Khi chuy ển động có h ướng,

các electron t ự do không
ng ừng va ch ạm v ới các io
n d ương n ằm ở nút m ạng nê
n b ị c ản tr ở
và gây ra đ
i ện tr ở c ủa kim lo ại.

-

-

-

E

+ + -+
+
- +- + -- +

Khi không có điện trường

- + +- + + + + -+Khi có điện trường


NỘI DUNG BÀI HỌC

 - Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng
chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới
tác dụng của điện trường .
 - Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do.

*Ngoài ra :
- Mật độ các electron tự do trong kim loại rất cao
(khoảng 1028/m3) nên kim loại dẫn điện tốt.
- Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm
(nếu nhiệt độ kim loại được giữ không đổi).
- Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác
dụng nhiệt.


quy luật của dòng điện trong kim loại
NỘI DUNG BÀI HỌC

khi chuyển
động có
hướng các
electron
không ngừng
va chạm với
các ion
dương nằm ở
nút mạng bị
cản trở gấy
ra điện trở
kim loại

Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của kim loại tăng.

ρ=ρ0[1+α(tt0)]
Trong đó:

ρ0 : điện trở suất của kim loại ở t0 (0C)
ρ : điện trở suất của kim loại ở t (0C)

(Ω.m)

α : hệ số nhiệt điện trở (K-1)
* Hệ số nhiệt điện trở α của mỗi kim loại phụ thuộc
vào:
- Nhiệt độ
- Độ sạch và chế độ gia công vật liệu đó
Sự biến thiên điện trở suất
của đồng theo nhiệt độ


NỘI DUNG BÀI HỌC

Kim loại
Bạc
Bạch kim
Đồng
Nhôm
Sắt
Constantan
Vonfram

ρ
m)
0 (Ω

α(K −1 )

1,62.10 −8

4,1.10 −3

10,6.10 −8

3,9.10 −3
4,3.10 −3

1,69.10 −8
2,75.10 −8

9,68.10
5,21.10−8
5,25.10 −8
-8

4,4.10−3

6,5.10 −3
−70.10−3
4,5.10 −3

Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một
số kim loại ở 200 C


NỘI DUNG BÀI HỌC

Khi nhiệt độ giảm thì điện
trở suất của kim loại thay
đổi như thế nào?

- Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim
loại cũng giảm liên tục.


NỘI DUNG BÀI HỌC

2. Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở suất
của một số vật liệu giảm đột ngột xuống bằng 0
khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn
nhiệt độ tới hạn Tc.

Tên vật liệu
Nhôm
Thủy ngân
Chì
Thiếc
Kẽm
HgBa2Ca2Cu3O8

Tc(K)
1,19
4,15
7,19
3,72
0,85
134

Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn


NỘI DUNG BÀI HỌC

Dây siêu dẫn nhiệt độ cao thế hệ 2
(2G) có chiều rộng 4cm (công ty
American Superconductor sản xuất).

Ứng dụng thành công
lớn nhất hiện nay của
chất siêu dẫn là trong
lĩnh vực giao thông, cụ
thể là các con tàu có
thể “lướt” trên đệm từ
trường. Vào tháng 12
năm 2003, tàu
Yamanashi MLX01 đã
được thử nghiệm với
vận tốc 581km/giờ.


NỘI DUNG BÀI HỌC

* Ứng dụng :


dòng điện trong chất khí
• ở điều kiện thường không khí là điện môi

• khi bị đốt nóng không khí trở nên dẫn điện.
• đó là sự phóng điện trong không khí


bản chất của dòng điện trong chất
khí
• dòng điện trong chất khí là dòng điện dịch
chuyển có hướng của các ion dương theo
chiều điện trường và các ion âm,electron
ngược chiều điện trường.


quy luật
• quá trình dẫn điện của chất khí là
quá trình dẫn điện không tự lực.Nó chỉ tồn
tại khi ta tạo ra hải tải điện trong khối khí ở
giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng
việc tạo ra các hạt tải điện
• qtrinh dẫn điện không tự lực không tuân
theo định luật ôm
• hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong
chất khí do dòng điện chạy qua gây ra gọi
là hiện tượng nhân số hạt tải điện
(dòng điện không tự lực)


xét hình vẽ
• khi u nhỏ, I tăng theo u
• u đủ lớn I đạt đến giá trị
bão hòa (Ibh)

• u lớn, I tăng nhanh u
càng tăng I càng tăng
nhanh hơn. U tỉ lệ thuận
so với I
• u quá lớn hiệu điện thế
làm điện trở chất khí
giảm, mật độ hạt tải điện
tăng
• quá trình dẫn điện không
tự lực không tuân theo
định luật ôm


ứng dụng
• tia lửa điện (video)
• sét (video)
• hồ quang điện (video)


bản chất dòng điện trong chất bán
dẫn


1. Chất bán dẫn ( Semiconductor)
a.
Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và dẫn
điện ở nhiệt độ thường.
Ví dụ: Bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng như Germani
(Ge), silic ( Si ).

Germani

Silic


b. Tính chất:
- Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và
chất cách điện.
- Chất bán dẫn tinh khiết có điện trở rất lớn khi ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt độ
tăng, điện trở suất giảm và hệ số nhiệt điện trở âm.
- Điện trở chất bán dẫn phụ thuộc vào tạp chất.
- Điện trở giảm khi được chiếu sáng…


2. Phân loại:

a.

Chất bán dẫn loại p (positive, bán dẫn dương)
- Có tạo chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng
các lỗ trống.
- Cách tạo: Pha thêm một lượng nhỏ chất có hóa trị III như Indi (In) vào
Silic thì 1 nguyên tử In sẽ liên kết cộng hóa trị với 4 e của Si và liên kết
bị thiếu 1e => trở thành lỗ trống ( mang điện dương ).


b. Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm, negative)
- Có tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron
tạo liên kết và một e lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính là các e

dẫn chính
- Cách tạo: Pha một lượng nhỏ chất có hóa trị V như Photpho vào Si thì một
nguyên tử P liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Si, nguyên tử P chỉ có 4 e
tham gia liên kết và còn thừa 1e và trở thành e tự do => Chất bán dẫn lúc
này trở thành thừa e ( mang điện âm ).


3. Electron và lỗ trống
- Trong cả 2 loại bán dẫn, dòng điện đều do
chuyển động của e sinh ra.
- Các e hóa trị đều bị liên kết nên không tham
gia vào việc dẫn điện.
- Khi 1 e bị dứt ra khỏi liên kết, nó trở nên tự
do và trở thành hạt tải điện gọi là e dẫn.
Chỗ liên kết đứt sẽ thiếu 1 e nên mang điện
(+). Khi 1 e từ mối liên kết của nguyên tử Si
lân cận chuyển tơi đây thì mối liên kết đứt
sẽ di chuyển ngược lại. Chuyển động của
các e liên kết bây giờ có thể xem như
chuyển động của một điện tích dương theo
chiều ngược. Nó cũng được xem là hạt tải
điện mang điện dương, và gọi là lỗ trống.
* Như vậy, dòng điện trong chất bán dẫn là
dòng các e dẫn chuyển động ngược chiều
điện trường và dòng các lỗ trống chuyển
động cùng chiều điện trường.
(video)


3. Tạp chất cho (đôno) và tạp chất

nhận (axepto)
a.
Tạp chất cho (đôno): bán dẫn
chứa dôno là loại n, có mật độ
e rất lớn so với mật độ lỗ trống.
b.
Tạp chất nhận (axepto): bán
dẫn chứa axepto là loại p, có
mật độ lỗ trống rất lớn so với
mật độ e.


III. Lớp chuyển tiếp p-n
Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang
tính dẫn n được tạo ra trên 1 tinh thể bán dẫn.
1.
Lớp nghèo: Là lớp không có hạt tải điện hình thành ở lớp chuyển tiếp pn khi 1 cặp e- lỗ trống biến mất.
2.
Dòng điện qua lớp nghèo: Chiều dòng điện qua được lớp nghèo ( từ p
sang n) là chiều thuận, chiều kia (từ n sang p) là chiều ngược.
3.
Hiện tượng phun hạt tải điện: Có hiện tượng phun hạt tải điện từ miền
này sang miền khác.