Bài giảng Vật lí 11 - Bài học 13: Dòng điện trong kim loại

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 11 - Bài học 13: Dòng điện trong kim loại

1. BÀI CŨ: 1. Định nghĩa dòng điện? 2. Điều kiện để có dòng điện?
2. Bài 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 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
3. BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI: 1. Đặc điểm của điện tích trong kim loại: • Trong kim loại các electron ngoài cùng của nguyên tử luôn rời khỏi nguyên tử trở thành electron tự do chuyển động trong kim loại, và ngyên tử trở thành các ion dương luôn chuyển động hỗn độn quanh nút mạng. Ví dụ: mô hình mạng tinh thể kim loại đồng CU như hình bên:
4. Ion (+) Proton • Trong kim loại, các nguyên P+ tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương. • Các ion dương liên kết với Electron nhau một cách trật tự tạo nên - e mạng tinh thể kim loại. • Chuyển động nhiệt của các ion (dao động của ion quanh vị trí cân bằng) có thể phá hủy trật tự này. • Nhiệt độ càng cao, dao động Electron trong nhiệt càng mạnh, mạng tinh nguyên tử e- thể càng trở nên mất trật tự.
5. ➢ Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử, trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi ( n = hằng số). ➢ Chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào. Mô hình mạng tinh thể đồng
6. Khi không có điện trường ngoài E tác dụng trong Kim loại thì các electron chuyển động tự do trong kim loại. Các Ion chuyển động quanh nút mạng. +- + - + - + - + + - -
7. Khi có điện trường ngoài E tác dụng trong KL Nhiệt độ T2 > T1 E Điện trở + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Nhiệt độ T1 E Điện trở + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
8. BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI: 1. Đặc điểm của điện tích trong kim loại: - Trong kim loại các electron ngoài cùng của nguyên tử luôn rời khỏi nguyên tử trở thành electron tự do chuyển động trong kim loại, và ngyên tử trở thành các ion dương luôn chuyển động hỗn độn quanh nút mạng. 2. Khi có điện trường ngoài tác dụng thì : - Các electron chuyển động có hướng ngược chiều điện trường, còn các ion vẫn vẫn dao động quanh nút mạng.
9. BÀI 13 DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI: 1. Đặc điểm của điện tích trong kim loại: 2. Khi có điện trường ngoài tác dụng: 3. Bản chất dòng điện trong kim loại: - Là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường
10. 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
11. II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ - Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các Iôn trong mạng tinh thể tăng, làm cho điện trở Của kim loại tăng. Sự biến thiên điện trở suất của đồng theo nhiệt độ -Điện trở suất tăng theo hàm bậc nhất với nhiệt độ ρ=ρ0[1+α(t-t0)] (.) m α : hệ số nhiệt điện trở (K-1) 0 ρ0 : điện trở suất của kim loại ở t0 ( C) ρ : điện trở suất của kim loại ở t (0C)
12. ( m) −1 * Hệ số nhiệt Kim loại 0 (K ) điện trở α của Bạc 1,62.10−8 4,1.10−3 mỗi kim loại phụ −8 −3 thuộc vào: Bạch kim 10,6.10 3,9.10 Đồng −8 −3 - Nhiệt độ 1,69.10 4,3.10 Nhôm 2,75.10−8 −3 - Độ sạch và chế 4,4.10 Sắt 9,68.10-8 −3 độ gia công vật 6,5.10 Constantan −8 −3 liệu đó 5,21.10 −70.10 Vonfram 5,25.10−8 4,5.10−3 Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 C
13. III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn
14. Temp R( ) Nhận xét sự thay đổi điện trở của cột 8K thuỷ ngân ở lân cận nhiệt độ 4 K ? 0,16 6K 4K 0,08 2K 0K 0 2 4 6 T( K ) Điện trở của một cột thủy ngân phụ thuộc vào nhiệt độ
15. III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn • Ở một số kim loại như Pb , hoặc một số hợp kim như Nb3Sn, Nb3Ge , và cả một số gốm oxit kim loại, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. lúc này nói vật ở trạng thái siêu dẫn. Nhiều tính chất khác như tính từ, nhiệt dung cũng thay đổi đột ngột ở nhiệt độ này.
16. Heike Kammerlingh Onnes (1853 – 1926) Nhà vật lý Hà Lan, đạt giải Nobel 1913 • Ông là người tìm ra hiện tượng siêu dẫn vào năm 1911. Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấy rằng sự phụ thuộc của điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn sự phụ thuộc đối với kim loại khác. Khi nhiệt độ thấp, điện trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt độ nữa, chỉ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất. Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới Tc=4,1oK, điện trở đột ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt.
17. ✓Chuyển tải điện năng ✓ Máy đo điện trường chính xác ✓ Đoàn tàu chạy trên đệm từ ✓ Tạo ra máy gia tốc mạnh ✓ Máy quét MRI dùng trong y học Award
18. IV. Hiện tượng nhiệt điện
19. IV. Hiện tượng nhiệt điện THÍ NGHIỆM
20. 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.
21. o C 100 90 80 o C 70 100 60 90 600 50 80 500 40 70 0 400 30 60 300 600 20 50 V 200 500 0:6 mV 10 40 100 400 = 1 ┴ 0 30 0 Khoa vËt lÝ Trêng §hsp Tn 300 VËt lÝ kÜ thuËt 20 200 10 100 0 0
22. IV. Hiện tượng nhiệt điện - Kết quả cho thấy giữa hai cực cặp nhiệt điện khi có sự chênh lệch nhiệt độ thì xuất hiện một suất điện động nhiệt điện e = T(T1-T2) - Ứng dụng cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ.