Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu Vậy các êlectron trong kim loại có đặc điểm gì và nó chi phối tính chất của dòng điện trong kim loại ra sao? Hiện tượng siêu dẫn là gì, nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào tới điện trở suất của kim loại? chúng ta cùng tìm hiểu qua nội dung bài viết này.
Mục lục
I. Bản chất của dòng điện trong kim loại
¤ Thuyết electron về tính dẫn điện của sắt kẽm kim loại :
– Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại. Chuyển động nhiệt của các ion có thể phá hủy trật tự này.
– Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành những electron tự do với tỷ lệ n không đổi. Chúng hoạt động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do choán hàng loạt thể tích của khối sắt kẽm kim loại và không sinh ra dòng điện nào .
– Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện .
– Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở hoạt động của electron tự do, là nguyên do gây ra điện trở của sắt kẽm kim loại .
– Thuyết Electron về tính dẫn điện của sắt kẽm kim loại cho thấy : Hạt tải điện trong sắt kẽm kim loại là những electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên chúng dẫn điện rất tốt .
⇒ Vậy, Dòng điện trong sắt kẽm kim loại là dòng chuyển dời có hướng của những electron tự do dưới công dụng của điện trường .
* Bảng điện trở suất và thông số nhiệt điện trở của 1 số ít chất :
Chất
ρ0(Ω.m)
α (K-1)
Bạc
1,62.10-8
4,1.10-3
Bạch kim
10,6.10-8
3,9.10-3
Đồng
1,69.10-8
4,3.10-3
Nhôm
2,75.10-8
4,4.10-3
Sắt
9,68.10-8
6,5.10-3
Silic
0,25.104
-70.10-3
Vonfram
5,25.10-8
4,5.10-3
II. Sự phụ thuộc của Điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
– Điện trở suất ρ của sắt kẽm kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất : ρ = ρ0 [ 1 + α ( t – t0 ) ]
– Trong đó :
ρ0 : là điện trở suất ở nhiệt độ t00C ( thường ở 200C )
ρ : là điện trở suất ở nhiệt độ t0C
α : là thông số nhiệt điện trở, đơn vị chức năng đo là K-1
III. Hiện tượng siêu dẫn, Điện trở của kim loại khi ở nhiệt độ thấp
– Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của sắt kẽm kim loại giảm liên tục. Đến gần 00K, điện trở của sắt kẽm kim loại sạch đều rất bé .
– Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng kỳ lạ : Một số sắt kẽm kim loại và kim loại tổng hợp, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn T thì điện trở suất bất ngờ đột ngột giảm xuống bằng 0. ( Ta nói rằng những vật tư ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn ) .
– Nhiệt độ tới hạn của 1 số ít chất siêu dẫn :
TT
Tên vật liệu
Tc(K)
1
Nhôm
1,19
2
Thủy ngân
4,15
3
Chì
7,19
4
Thiếc
3,72
5
Kẽm
0,85
6
Nb3Sn
18
7
Nb3Al
18,7
8
Nb3Ge
23
9
DyBa2Cu3O7
92,5
10
HgBa2Cu3O8
134
– Ứng dụng của hiện tượng kỳ lạ siêu dẫn :
– Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra những từ trường rất mạnh
– Trong tương lai dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao nguồn năng lượng trên đường dây không còn nữa .
IV. Hiện tượng nhiệt điện
– Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng kỳ lạ Open dòng điện khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu dây dẫn .
– Cặp nhiệt điện gồm hai dây sắt kẽm kim loại khác loại nhau hàn dính lại với nhau, một mối hàn giữ ở nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp. Khi có sự chênh lệnh nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ Open một suất điện động nhiệt điện ξ .
– Suất điện động nhiệt điện : ξ = αT ( T1 – T2 )
Trong đó : T1 – T2 là hiệu nhiệt độ ở đầu nóng và đầu lạnh ( đơn vị chức năng K ) ;
αT là thông số nhiệt điện động ( đơn vị chức năng V / K ) .
V. Bài tập về Dòng điện trong sắt kẽm kim loại
* Bài 1 trang 78 SGK Vật Lý 11 : Hạt tải điện trong sắt kẽm kim loại là loại êlectron nào ? Mật độ của chúng vào cỡ nào ?
° Lời giải bài 1 trang 78 SGK Vật Lý 11 :
– Hạt tải điện trong sắt kẽm kim loại là êlectron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên sắt kẽm kim loại dẫn điện rất tốt .
* Bài 2 trang 78 SGK Vật Lý 11 : Vì sao điện trở của sắt kẽm kim loại tăng khi nhiệt độ tăng ?
° Lời giải bài 2 trang 78 SGK Vật Lý 11 :
– Khi nhiệt độ tăng, những ion sắt kẽm kim loại ở nút mạng tinh thể giao động mạnh. Do đó độ mất trật tự của mạng tinh thể sắt kẽm kim loại tăng làm tăng sự cản trở hoạt động của êlectron tự do .
– Vì vậy, khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của sắt kẽm kim loại cũng tăng dẫn tới điện trở của sắt kẽm kim loại tăng .
* Bài 3 trang 78 SGK Vật Lý 11 : Điện trở của sắt kẽm kim loại thường và siêu dẫn khác nhau như thế nào ?
° Lời giải bài 3 trang 78 SGK Vật Lý 11 :
¤ Sự khác nhau giữa điện trở của sắt kẽm kim loại thường với chất siêu dẫn :
– Đối với sắt kẽm kim loại thường : Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của sắt kẽm kim loại thường sẽ giảm đều theo hàm bậc nhất so với nhiệt độ : ρ = ρ0. [ 1 + α. ( t – t0 ) ]
– Đối với chất siêu dẫn : Khi nhiệt độ giảm xuống thấp hơn nhiệt độ tới hạn TC thì điện trở suất bất thần giảm xuống bằng 0 .
* Bài 4 trang 78 SGK Vật Lý 11: Do đâu mà trong cặp nhiệt điện có suất điện động?
° Lời giải bài 4 trang 78 SGK Vật Lý 11 :
– Với một sợi dây dẫn sắt kẽm kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì hoạt động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một số ít êlectron ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Khi đó đầu nóng tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm. Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế .
– Như vậy, cặp nhiệt điện gồm hai dây dẫn điện khác loại được hàn nối với nhau thành một mạch kín và hai mối hàn của nó được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau ( 1 nóng – 1 lạnh ). Điều này làm cho mạch sẽ Open một suất điện động gọi là suất điện động nhiệt điện .
* Bài 5 trang 78 SGK Vật Lý 11 : Phát biểu nào là đúng chuẩn ? Các sắt kẽm kim loại đều :
A. dẫn điện tố, có điện trở suất không đổi khác
B. dẫn điện tốt, có điện trở suất biến hóa theo nhiệt độ
C. dẫn điện tốt như nhau, có điện trở suất biến hóa theo nhiệt độ
D.dẫn điện tốt, có điện trở suất biến hóa theo nhiệt độ giống nhau .
° Lời giải bài 5 trang 78 SGK Vật Lý 11 :
¤ Chọn đáp án : B. dẫn điện tốt, có điện trở suất biến hóa theo nhiệt độ .
* Bài 6 trang 78 SGK Vật Lý 11 : Phát biểu nào là đúng chuẩn ? Hạt tải điện trong sắt kẽm kim loại là :
A. những êlectron của nguyên tử .
B. êlectron ở lớp trong cùng của nguyên tử .
C. những êlectron hóa trị đã bay tụ do ra khỏi tinh thể .
D. những êlectron hóa trị hoạt động tự do trong mạng tinh thể .
° Lời giải bài 6 trang 78 SGK Vật Lý 11 :
¤ Chọn đáp án : D. những êlectron hóa trị hoạt động tự do trong mạng tinh thể .
– Hạt tải điện trong sắt kẽm kim loại là những êlectron hóa trị hoạt động tự do trong mạng tinh thể .
* Bài 7 trang 78 SGK Vật Lý 11 : Một bóng đèn 220V-100 W khi sáng thông thường thì nhiệt độ của dây tóc đèn là 2000 oC. Xác định điện trở của đèn khi thắp sáng và khi không thắp sáng, biết răng nhiệt độ môi trường tự nhiên là 20 oC và dây tóc đèn làm bằng vonfam .
° Lời giải bài 7 trang 78 SGK Vật Lý 11 :
– Điện trở của bóng đèn khi sáng thông thường ( ở t = 2000 oC ) :
– Mặt khác ta có : R = R0. [ 1 + α. ( t – t0 ) ]
⇒ Điện trở bóng đèn khi không thắp sáng ( ở t0 = 20 oC ) là :
– Kết luận : R = 484 ( Ω ) ; R0 = 48,84 ( Ω ) .
* Bài 8 trang 78 SGK Vật Lý 11 : Khối lượng mol nguyên tử của đồng là 64.10 – 3 kg / mol. Khối lượng riêng của đồng là 8,9. 103 kg / m3. Biết rằng mỗi nguyên tử đồng góp phần một êlectron dẫn .
a ) Tính tỷ lệ êlectron tự do trong đồng .
b ) Một dây tải điện bằng đồng, tiết diện 10 mm2 mang dòng điện 10A. Tính vận tốc trôi của êlectron dẫn trong dây dẫn đó .
° Lời giải bài 8 trang 78 SGK Vật Lý 11 :
a ) Ta xét 1 ( mol ) đồng :
– Vì mỗi nguyên tử đồng góp phần một êlectron dẫn nên số electron tự do trong 1 mol đồng là : Ne = NA = 6,02. 1023 hạt
⇒ Khối lượng mol nguyên tử của đồng là m = 64.10 – 3 kg / mol
⇒ Thể tích của 1 mol đồng là :
– Mật độ êlectron tự do trong đồng bằng tỷ lệ nguyên tử đồng :
b ) Coi dây tải hình tròn trụ có tiết diện S = 10 mm2 = 10.10 – 6 mét vuông, thể tích của 1 mol đồng là V ( m3 ) thì chiều dài sợi dây là :
– Lượng điện tích chạy qua sợi dây trong thời hạn Δt là : Δq = Ne. e ( e là điện tích của 1 electron )
⇒ Cường độ dòng điện qua sợi dây là:
– Gọi v là tốc độ trôi của electron dẫn trong dây dẫn ( tốc độ cuốn của electron theo điện trường ) .
– Kết luận : ne = 8,37. 1028 ( m-3 ) ; v = 7,46. 10-5 ( m / s ) .
Hiện tượng siêu dẫn là gì? Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ – Vật lý 11 được biên soạn theo sách mới nhất và Được hướng dẫn biên soạn bởi các thầy cô giáo dạy Giỏi tư vấn, nếu thấy hay hãy chia sẻ và comment để nhiều bạn khác học tập cùng.
Source: https://expgg.vn
Category: Thông tin
