Dòng điện trong kim loại vật lý 11

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP HAY VỀ DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
LÝ THUYẾT
(1) TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA KIM LOẠI
+ Kim loại là chất dẫn điện tốt, điện trở suất

của kim loại rất nhỏ.

+ Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm :

…

(1)

+ Dòng điện chạy qua kim loại gây ra tác dụng nhiệt.
+ Điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ :

…(2)

(2) BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
+ Khi ta đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế, thì do chịu tác dụng
của lực điện trường, các electron tự do chuyển động có hướng, ngược với chiều điện
trường, nhưng vẫn chuyển động nhiệt hỗn loạn. Do đó, có sự dịch chuyển có hướng
của các hạt tải điện, nghĩa là có dòng điện chạy trong kim loại.
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dịch có hướng của các electron tự do
ngược chiều điện trường.
(3) SUẤT NHIỆT ĐIỆN ĐỘNG
Hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín gồm
hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau là hiện tượng nhiệt
điện.
Dòng nhiệt điện được tạo ra bởi suất nhiệt điện động nđ . Khi hiệu nhiệt độ T1
– T2 giữa hai mối hàn không lớn, ta có công thức thực nghiệm : =

…(3) với hệ số
là hệ số nhiệt động phụ thuộc vào vật liệu làm cặp kim loại.
BÀI TẬP MẪU
CÂU 1: Dây tóc bóng đèn 220V – 100W chế tạo bằng bạch kim khi sáng bình thường
ở 25000C, điện trở của nó 250C bằng 40,3. Tính hệ số nhiệt điện trở α ? Coi rằng điện
trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tăng tỉ lệ bậc nhất theo nhiệt độ.
GIẢI


Điện trở của dây tóc đèn ở t = 25000 C khi đã sáng bình thường là :

Do điện trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tăng tỉ lệ bậc nhất nên :

484 = 40,3
Vậy hệ số nhiệt điện trở của bạch kim là
CÂU 2: Tính cường độ dòng điện do electron quay tròn quanh hạt nhân nguyên tử
Hiđrô ? Electron có điện tích e = -1,6.10-19 C, khối lượng m = 9,1.10-31 (kg) và bán
kính quỹ đạo tròn r = 5,3.10-11(m).
GIẢI

Lực tĩnh điện đóng vai trò là lực hướng tâm :
Thay số ta được v = 2,19.106 (m/s)
Chu kỳ quay của êlectrôn :
Cường độ dòng điện do êlectrôn quay tròn quanh hạt nhân nguyên tử Hiđrô :

CÂU 3- Ở nhiệt độ t1 = 250C, hiệu điện thế giữa hai cực của bóng đèn là U 1 = 10(mV)
và cường độ dòng điện chạy qua đèn là I1 = 4(mA). Khi sáng bình thường, hiệu điện
thế giữa hai cực của đèn là U2 = 120(V) và cường độ dòng điện chạy qua đèn là I 2 =
4(A). Tính nhiệt độ t của dây tóc đèn khi sáng bình thường ? Coi rằng điện trở suất
của bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tỉ lệ bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt

điện trở
.
GIẢI


Điện trở của dây tóc bóng đèn ở t = 250C khi đã sáng bình thường ở nhiệt độ t1 = 250C
:
Điện trở của dây tóc đèn ở t0 C khi đã sáng bình thường :
Do điện trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tăng tỉ lệ bậc nhất nên :

CÂU 4: Một dòng điện có cường độ đo được 1,2.10-4 (A) tồn tại trong một dây đồng
có đường kính 2,5(mm). Cho nguyên tử lượng của đồng là M = 63.10 -3 (kg/mol), khối
lượng riêng là D = 9000 (kg/m3). Hãy tính :
a)

Mật độ dòng ?

b)

Vận tốc trôi của electron ?

GIẢI
a) Diện tích tiết diện thẳng của dây đồng :
(m2).

Mật độ dòng điện :
b) Tính vận tốc trôi trung bình của electron
( electron / m3).

Mật độ electron tự do trong đồng :

(m/s).

CÂU 5: Dòng điện chạy qua sợi dây sắt tiết diện S = 0,64 (mm 2) có cường độ I =
24(A). Sắt có nguyên tử lượng A = 56.10-3 (kg/mol), khối lượng riêng D = 7,8.103


(kg/m3) và điện trở suất
khối lượng m = 9,1.10-31 (kg). Tính :

. Electron có điện tích –e = - 1,6.10-19 C ,

a)

Mật độ electron n và cường độ điện trường E trong dây sắt ?

b)

Độ linh động

c)

Vận tốc trôi trung bình của các electron ?

của các electron ?

GIẢI
a) Mật độ dòng điện :
(electron / m3).

Mật độ electron tự do trong dây sắt :

Cường độ điện trường :

3,63 (V/m).

b) Độ linh động của electron
( m2/ Vs).
c) Vận tốc trôi trung bình
= 2,93.10-3 (m/s).