Bài giảng BAI HOC VAT LY 11

Chương III :
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
1. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT RẮN : KIM
LOẠI VÀ BÁN DẪN
Chương III :
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
2. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT LỎNG : CHẤT
ĐIỆN PHÂN
3. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ : KHÔNG
KHÍ VÀ KHÍ KÉM
4. DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG
Bài 12 :
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
DÒNG NHIỆT ĐIỆN
DÒNG NHIỆT ĐIỆN
–
–
HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN
HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN
Chương III :
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
Bài 12 :
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
DÒNG NHIỆT ĐIỆN
DÒNG NHIỆT ĐIỆN
– HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN
– HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN
Chương III :
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

I) Dòng điện trong kim loại :
Các ion kim loại được sắp xếp một cách đều
đặn theo một trật tự nhất định trong không
gian, tạo thành
mạng tinh thể
mạng tinh thể.
1) Cấu trúc tinh thể của kim loại :

Electron ở lớp ngoài cùng của
nguyên tử kim loại dễ mất liên
kết với hạt nhân để trở thành
electron tự do
electron tự do, các nguyên tử
(nằm ở các nút mạng) trở thành
những ion dương; giữa các ion
dương đó và các electron tự do
có lực hút tĩnh điện.
Tổng điện tích âm của các
electron tự do có trị số tuyệt đối
đúng bằng điện tích dương của
các ion, nên bình thường, kim
loại trung hòa về điện.
Ở nhiệt độ bình
thường, các ion chỉ
dao động nhiệt quanh
các vị trí cân bằng của
chúng, còn các
electron thì có thể
chuyển động tự do
trong khoảng không

gian giữa các ion bên
trong vật thể kim loại.
Do đó,
kim loại là
kim loại là
chất dẫn điện tốt
chất dẫn điện tốt.
2) Bản chất dòng điện trong kim loại :
a) Khi không có điện trường ngoài :
Các electron tự do chỉ chuyển động nhiệt hỗn loạn, nên
tính trung bình, trong cùng một thời gian, lượng electron
chuyển động theo một phương bất kỳ nào đó luôn bằng
lượng electron chuyển động theo chiều ngược lại; nghĩa là
trong kim loại không có dòng điện.
Chuyển động nhiệt hỗn độn của một electron
Khi không có điện trường ngoài, trong kim loại không có
Khi không có điện trường ngoài, trong kim loại không có
dòng điện
dòng điện
Chuyển động nhiệt hỗn độn của một electron
Khi không có điện trường ngoài, trong kim loại không có
Khi không có điện trường ngoài, trong kim loại không có
dòng điện
dòng điện
2) Bản chất dòng điện trong kim loại :
b) Khi có điện trường ngoài (tức là đặt vào hai đầu vật dẫn
một hiệu điện thế) :
Các electron tự do chịu tác dụng của lực điện trường,
chúng có thêm một chuyển động phụ theo một chiều xác
định ngược chiều điện trường; đó là chuyển động có hướng

của các electron; nghĩa là trong kim loại xuất hiện dòng
điện.
Khi có điện trường ngoài, trong kim loại sẽ xuất hiện dòng điện
Khi có điện trường ngoài, trong kim loại sẽ xuất hiện dòng điện
Chuyển động phụ (có hướng)
CAÙC CHUYEÅN ÑOÄNG CUÛA ELECTRON
Chuyển động nhiệt hỗn loạn
Chuyển động thực
Khi có điện trường ngoài, trong kim loại sẽ xuất hiện dòng điện
Khi có điện trường ngoài, trong kim loại sẽ xuất hiện dòng điện
Chuyển động phụ (có hướng)
CAÙC CHUYEÅN ÑOÄNG CUÛA ELECTRON
Chuyển động nhiệt hỗn loạn
Chuyển động thực
Vậy :
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có
hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện
hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện
trường ngoài
trường ngoài.
E
E
3) Nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại và
hiện tượng tỏa nhiệt của dây dẫn 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
* 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.
Vài ứng dụng tác dụng nhiệt của dòng điện đối với
kim loại
* Khi nhiệt độ tăng, các ion dương dao động mạnh
hơn, vận tốc trung bình của chuyển động nhiệt của
các electron cũng tăng, vì vậy khả năng “va chạm”
giữa electron và ion dương trong quá trình chuyển
động có hướng của electron sẽ tăng lên; tức là :
* Các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh
thể khác nhau và mật độ electron tự do khác nhau
nên điện trở suất của các kim loại khác nhau là
khác nhau.

R
t
= R
o
(1 + αt) và R
2
= R
1
(1 + α∆t)
Hệ số nhiệt điện trở α > 0
Điện trở của kim loại sẽ tăng khi nhiệt độ tăng
Điện trở của kim loại sẽ tăng khi nhiệt độ tăng.
+
-
-
-
+
+
+
+
+
+
E
4) Thiết lập định luật Ohm nhờ thuyết điện tử :
Giả thiết rằng :
+ Giữa hai “va chạm” kế tiếp, electron đi được những
quãng như nhau, bằng quãng đường tự do trung bình của
electron.
+ Trong mỗi “va chạm” electron truyền hoàn toàn cho
mạng tinh thể năng lượng mà nó thu được trong chuyển

động có hướng, dưới tác dụng của lực điện; nghĩa là sau mỗi
“va chạm”, electron lại bắt đầu chuyển động có hướng
không vận tốc đầu.
Gọi U là hiệu điện thế giữa hai đầu hình trụ; E là cường độ
điện trường bên trong vật dẫn, ta có :
L
S
U
E
L
=
Xét một phần của đoạn mạch điện là một vật dẫn kim loại
hình trụ, chiều dài L, tiết diện S.
F e.E e.U
a
m m m.L
= = =
Gia tốc của chuyển động có hướng của các electron dưới tác
dụng của lực điện trường F = eE là :
o
v' e.U
v t
2 2.m.L
= = ×
2
o
e .n.U
i e.n.v t
2m.L
= = ×

Gọi t
o
là khoảng thời gian trung bình giữa hai lần “va
chạm”, ta có vận tốc của electron ở cuối quãng đường tự do
trung bình
Vận tốc trung bình của chuyển động có hướng của các
electron :
Mật độ dòng điện trong kim loại :
trong đó n :là nồng độ electron tự do trong kim loại.
λ
o o
e.U
v' a.t t
m.L
= = ×
2
o
2.m.L
R
e .n.t .S
=
Cường độ dòng điện trong vật dẫn :
Công thức (*) cho thấy dòng điện I tỉ lệ thuận với hiệu
điện thế U hai đầu vật dẫn, phù hợp với kết quả thực nghiệm
về định luật Ohm; từ đó ta có biểu thức cho điện trở của vật
dẫn kim loại hình trụ :
2
o
e .n.t
S

I i.S U
2m L
= = × ×
(*)
2
o
2.m
e .n.t
ρ=
L
R
S
= ρ ×
Vì nên điện trở suất của kim loại là :