Bài 13. Dòng điện trong kim loại

CHƯƠNG III

DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC
MÔI TRƯỜNG
Bản chất dòng điện trong các môi trường: kim loại,
chất điện phân, chất khí, chân không, bán dẫn.

Ứng dụng của dòng điện trong các môi trường.


I. Bản

chất của dòng điện trong kim loại.

II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt
độ.
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng
siêu dẫn.
IV. Hiện tượng nhiệt điện .


Tiết 25:
I. Bản chất dòng điện
trong kim loại

Nguyên tử
Hạt nhân

Ion dương

Electron tự do

Electron


Tiết 25:
I. Bản chất dòng điện
trong kim loại

Cấu trúc tinh thể ở kim loại

Mô hình mạng tinh thể đồng


Tiết 25:
I. Bản chất dòng điện
trong kim loại

Thuyết electron về tính
dẫn điện của kim loại

Trong
Trong nguyên
nguyên tử
tử kim
kim loại,
loại, các
các êlectron
êlectron hoá
hoá trị
trị tách
tách

ra
ra khỏi
khỏi nguyên
nguyên tử
tử và
và trở
trở thành
thành electron
electron tự
tự do
do
chuyển
chuyển động
động trong
trong kim
kim loại
loại

Các
Các nguyên
nguyên tử
tử mất
mất đi
đi electron
electron trở
trở thành
thành ion
ion dương
dương
dao

dao động
động nhiệt
nhiệt tại
tại nút
nút mạng
mạng tinh
tinh thể.
thể.

Các
Các êlectron
êlectron hoá
hoá trị
trị tách
tách khỏi
khỏi nguyên
nguyên tử,
tử, trở
trở thành
thành
các
các êlectron
êlectron tự
tự do
do với
với mật
mật độ
độ không
không đổi
đổi chuyển

chuyển
động
động hỗn
hỗn loạn
loạn thành
thành khí
khí êlectron
êlectron choán
choán toàn
toàn bộ
bộ
khối
khối kim
kim loại
loại và
và không
không sinh
sinh ra
ra dòng
dòng điện
điện nào.
nào.


Tiết 25:
I. Bản chất dòng điện
trong kim loại

Nguyên nhân gây ra điện
trở kim loại là gì?

Sự mất trật tự của mạng tinh
thể cản trở chuyển động của
electron tự do

Các
Các loại
loại mất
mất trật
trật tự
tự thường
thường gặp
gặp là:
là:
.. Dao
Dao động
động nhiệt
nhiệt của
của các
các iôn
iôn trong
trong mạng
mạng tinh
tinh thể
thể
.. Sự
Sự méo
méo mạng
mạng tinh
tinh thể

thể do
do biến
biến dạng
dạng cơ
cơ
.. Các
Các nguyên
nguyên tử
tử lạ
lạ lẫn
lẫn trong
trong kim
kim loại
loại


Tiết: 25
I. Bản chất dòng điện
trong kim loại
Khi chưa có điện trường

Khi có điện trường

E


Tiết 25:
I. Bản chất dòng điện
trong kim loại

Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển
có hướng của các êlectron tự do dưới tác dụng
của điện trường

E


Nhiệt độ T2 > T1

E
+

+

+
+

+
+

+

+

+

+

+

+

+

+
+

+
+

+

+

+
+

Điện trở
+

+
+

+

+
+

+

+
+

Điện trở

+

E

Nhiệt độ T1

+

+

+

+

+

+

+

+
+


Tiết 25:

II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt
độ.

ρ = ρ0[1+ α (t – t0)]
Trong đó:
ρ0 : là điện trở suất ở nhiệt độ t0 C ( thường ở 20o C)
ρ: là điện trở suất ở nhiêt độ t0 C
α : Hệ số nhiệt điện trở, đơn vị K-1 phụ thuộc:
+ Bản chất kim loại
+ Nhiệt độ
+ Độ sạch của kim loại
+ Chế độ gia công vật liệu


Tiết 25:

III. Điện trở của kim loại ở
nhiệt độ thấp và hiện tượng
siêu dẫn.

• Khi nhiệt độ càng giảm, mạng tinh
thể càng bớt mất trật tự nên sự cản
trở của nó đến chuyển động của
electron càng ít, điện trở suất của
kim loại giảm liên tục. Đến gần 0K
thì điện trở của các kim loại sạch trở
nên rất bé .
Khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới
hạn TC thì điện trở suất đột ngột giảm
xuống gần bằng 0. Ta nói rằng vật liệu

đó đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn


Tiết 25:
III. Điện trở của kim loại ở
nhiệt độ thấp và hiện tượng
siêu dẫn.

Trả lời câu
C2

• Vì cuộn dây siêu dẫn có R=0,nên
năng lượng khòn bị tiêu hao
• Không dùng được, vì năng lượng
điện bị mất đi do biến thành công
của động cơ
Ứng
Ứng dụng:
dụng:
-- Để
Để tạo
tạo ra
ra các
các nam
nam châm
châm điện
điện có
có từ
từ trường
trường rất

rất
mạnh.
mạnh.
-- Trong
Trong tương
tương lai
lai dự
dự kiến
kiến dùng
dùng dây
dây siêu
siêu dẫn
dẫn để
để
tải
tải điện
điện
-- Và
Và tổn
tổn hao
hao năng
năng lượng
lượng trên
trên đường
đường dây
dây không
không
còn
còn nữa
nữa

Tiết 25:

IV. Hiện tượng nhiệt
điện

Nếu sợi dây kim loại có 1 đầu nóng và
1 đầu lạnh thì chuyển động nhiệt của
mạng tinh thể và các electron ở đầu
nóng mạnh hơn đầu lạnh nên có xu
hướng đẩy các êlectron tự do ở đầu
nóng dồn về đầu lạnh.

Khi đó đầu nóng thiếu electron tích
điện dương, đầu lạnh thừa electron
tích điện âm. Hiện tượng đó gọi là hiện
tượng nhiệt điện


Tiết 25:

IV. Hiện tượng nhiệt
điện

-4

o

4

Dây đồng

mA
Dây constantan

Kết quả thí nghiệm

Có
Có dòng
dòng điện
điện trong
trong mạch,
mạch, gọi
gọi là
là dòng
dòng
nhiệt
nhiệt điện.
điện.
Suất
Suất điện
điện động
động tạo
tạo nên
nên dòng
dòng nhiệt
nhiệt điện
điện
gọi

gọi là
là suất
suất điện
điện động
động nhiệt
nhiệt điện
điện


KIẾN THỨC CẦN NHỚ
Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do.
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các
electron tự do dưới tác dụng của điện trường.
Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể làm cản trở chuyển động
của các electron tự do, làm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt
độ. Nhiệt độ gần giá trị 0 K thì điện trở của kim loại sạch đều rất
nhỏ.

Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến 0 khi ở nhiệt
độ nhỏ hơn (hoặc bằng) nhiệt độ tới hạn TC .
Cặp nhiệt điện là hai dây dẫn kim loại khác bản chất, hai đầu hàn
vào nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn khác nhau, trong mạch có suất
điện động nhiệt điện ξ = αT (T1 –T2) , αT là hệ số nhiệt điện động.