Bài 13. Dòng điện trong kim loại
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (888.92 KB, 28 trang )
KÍNH CHÀO QUÍ THẦY CÔ VÀ CÁC EM HỌC SINH
THÂN MẾN
CHƯƠNG 3:
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.
BÀI 13: Dòng điện trong kim loại
I. BẢN CHẤT 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
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
Text in
here
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Nguyên tử
Proton
Ion dương
Electron tự do
Electron trong nguyên tử
Bài 13
Dòng điện trong kim loại
Mô hình mạng tinh thể đồng
Bài 13
Dòng điện trong kim loại
Mô hình mạng tinh thể đồng
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
I. Bản chất dòng điện trong kim loại
1.Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các iôn dương.
Các ion dương dao động nhiệt quanh các vị trí cân bằng xác định, và liên kết với nhau một cách trật tự tạo
nên mạng tinh thể kim loại.
Text in
here
Nhiệt độ càng cao, dao động nhiệt càng mạnh, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự.
2. Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng
chuyển động hỗn loạn tạo thành khí eelectron tự do
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
-
+
+
-
+
-
-
-
+
-
-
-
-
+
+
+
Hãy quan sát chuyển động của êlectron tự do trong một đoạn dây dẫn kim loại khi chưa có điện
trường ngoài.?
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
E
Khi có điện trường ngoài các êlectron tự do trong kim loại chuyển động như thế nào?
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Không có điện trường ngoài
Chuyển động của các electron tự
do
Nhận xét
Có điện trường ngoài
Chuyển động hỗn loạn
không ngừng
Có hướng
Không có
dòng điện
Có dòng điện
Kết luận
+ Hạt tải điện trong kim loại: êlectron
+ Bản chất dòng điện trong kim loại: là dòng chuyển dời có hướng của các eelectron tự do dưới tác dụng
của điện trường
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
* Nguyên nhân gây ra điện trở : là sự “va chạm” của các electron tự do (trong quá trình chuyển động
có hướng) với các ion dương nằm mất trật tự trong mạng tinh thể kim loại.
E
+
-
+
-
-
+
+
-
+
+
+
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
* Giữa hai “va chạm” liên tiếp, các electron chuyển động có gia tốc dưới tác dụng của lực điện trường
và thu được một năng lượng xác định (ngoài năng lượng chuyển động nhiệt hỗn loạn); năng lượng này được
truyền một phần (hay hoàn toàn) cho các ion dương khi “va chạm” và biến thành năng lượng dao động của các
ion quanh vị trí cân bằng, tức là biến thành nhiệt.
Do đó, khi có dòng điện chạy qua, dây dẫn kim loại nóng lên.
Nhiệt độ T2 > T1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Nhiệt độ T1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Điện trở
E
+
+
+
+
+
+
Điện trở
E
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của kim loại tăng.
ρ=ρ0[1+α(t-t0)]
Trong đó:
-1
α : hệ số nhiệt điện trở (K )
0
ρ0 : điện trở suất của kim loại ở t0 ( C)
0
ρ : điện trở suất của kim loại ở t ( C)
* 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
(Ω.m)
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
- Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục.
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Temp
R( Ω
)
8K
6K
0,16
4K
0,08
2K
0K
0
2
4
6
T( K )
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn
- Khi nhiệt độ giảm xuống thấp (gần 0 K) điện trở của kim loại đột
ngột giảm mạnh.
- Khi nhiệt độ thấp hơn
một nhiệt độ tới hạn Tc
thì điện trở của một số kim
loại và một số chất giảm
xuống bằng 0.
Thế nào là hiện tượng siêu
dẫn?
- Nhiều tính chất khác như từ tính và nhiệt dung cũng thay đổi đột
ngột ở nhiệt độ này.Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang
trạng thái siêu dẫn.
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
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
một giá trị Tc nhất định, gọi là nhiệt độ tới hạn.
Tên vật liệu
Tc(K)
Nhôm
1,19
Thủy ngân
4,15
Chì
7,19
Thiếc
3,72
Kẽm
0,85
HgBa2Ca2Cu3O8
134
Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn
Giá trị Tc phụ thuộc vào bản thân vật liệu.
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
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.
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
Các bạn đã biết, muốn có dòng điện phải có một hiệu
điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn. Mà muốn có hiệu
điện thế cần phải có một nguồn điện để tạo ra hiệu
điện thế đó.
Vậy, có cách nào tạo ra hai đầu mạch kín
một hiệu điện thế mà không cần đến một
nguồn điện hay không?
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
xét thí nghiệm sau:
o
o
mV
Cu
Cu
contantan
t1
t2
Khi t1= t2
Khi t1 ≠ t2
H2O
Kim không lệch.
→ kim bị lệch.
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
IV. Hiện tượng nhiệt điện
* Hai đoạn dây kim loại có bản chất khác nhau được nối kín với nhau bởi hai mối hàn được gọi là một cặp
nhiệt điện.
Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện một suất điện động trong mạch của một cặp nhiệt điện khi
hai mối hàn được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau.
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
IV. Hiện tượng nhiệt điện
* Suất điện động nhiệt điện:
E = α T (T1 - T2 )
T1 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K)
T2 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)
αT
: hệ số nhiệt điện động (V/K)
Cặp kim loại
α T( V/K)
Platin – Platin pha rôđi
6,5
Sắt – Đồng
8,6
Sắt – Niken
32,4
Đồng – Constantan
Sắt – Constantan
Bảng một số cặp nhiệt điện thường dùng
40
50,4
µ
