Bài giảng Vật lí 11 - Bài học 15: Dòng điện trong chất khí

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 11 - Bài học 15: Dòng điện trong chất khí

1. • Nguyễn Thái Hồng Hạnh • Bùi Minh Vĩnh Phúc • Nguyễn Ngọc Khánh Như • Lê Nguyễn Tâm Như • Nguyễn Bùi Xuân Ánh • Lê Phương Trang • Nguyễn Phương Thy • Phạm Hoàng Tuấn • Lê Hoàng Hải Long
2. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ I- Chất khí là môi trường cách điện I- Chất khí là môi trường cách điện. II – Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường. III – Bản chất của dòng điện trong chất khí. IV – Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện tạo ra quá trình dẫn điện lực V – Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện. VI – Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện.
3. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Có phải chất khí dẫn điện tuyệt đối??? => KHÔNG
4. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ I- Chất khí là môi trường cách điện - Chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí đều ở trạng thái trung hòa điện, do đó trong chất khí không có hạt tải điện.
5. Cọc sứ trên đường dây tải điện Ổ cắm điện
6. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ II – Sự dẫn điện của chất khí trong + điều kiện thường. THÍ NGHIỆM 1:
7. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ II – Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường. * Thí nghiệm 1 Tích điện vào một cái điện nghiệm.->Hai lá kim loại xòe ra.->Sau đó giảm dần theo thời gian => Điện tích trữ trong điện nghiệm giảm dần * Thí nghiệm 2
8. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ THÍ NGHIỆM 2: _K A B ⁺ −
9. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ II – Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường. * Thí nghiệm 1 * Thí nghiệm 2 - Ở điều kiện thường, không khí không dẫn điện, ampe kể chỉ số không - Khi bị đốt nóng (bởi ngọn lửa) không khí trở nên dẫn điện, ampe kế chỉ số
10. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ II – Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường. => Ngọn lửa ga và bức xạ của đèn thủy ngân đã làm tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí
11. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Hạt tải điện gồm những hạt nào ? C2 Vì sao ngay từ lúc => Ion dươngchưa(+)đốt vàđènionga âmhoặc(-) và các electron Trong khôngchiếukhíđèn thủycó hạtngântải, điện không ? chất khí cũng dẫn điện => Có nhưng rất ítítnhiều ? Vì sẵn trong không khí có sẵn rất ít hạt tải điện.
12. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Sự ion hóa và quá trình Electron Phân tử trung hòa + Ion dương
13. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ + - + PhânIontử trung âmhòa Electron
14. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ + + - - + ++ + Phân Iontử trung dươnghòa +- + - + Electron Kết quả: Như vậy trong chất khí lúc này có các hạt mang điện là : Electron, ion âm, ion dương tự do .
15. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Hạt tải điện Tác nhân ion hóa Ion + + + Đốt, tia tử + ngoại, đèn thủy ngân e- Ion - - - - Sự ion hóa chất khí
16. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ III – Bản chất của dòng điện trong chất khí. 1. Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa. - Ngọn lửa ga, tia tử ngoại của đèn thủy ngân trong thí nghiệm trên được gọi là các tác nhân ion hóa => Tác nhân ion hóa: là những tác động bên ngoài gây nên sự ion hóa
17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ III – Bản chất của dòng điện trong chất khí. 1. Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa. Quá trình ion hóa do tác nhân ion hóa Ban đầu chất khí gồm các phân tử trung hòa Tác nhân ion hóa biến phân tử trung hòa thành ion dương(+) và electron Electron kết hợp với phân tử trung hòa thành ion âm(-)
18. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ - + + - - - + + - - Khi chưa có điện trường ngoài Chuyển động hỗn loạn
19. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Khi có điện trường ngoài + - + - + - + - + - + - E + - + + -
20. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ + + - - + - + - + - + E + -
21. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ => Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng1 của các ion dương2 theo chiều điện trường và các ion âm, các e ngược3 chiều điện trường.Các hạt tải điện này là do chất khí bị Ion4 hóa sinh ra
22. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Khi mất tác nhân ion hóa + + - + + - - + - - + + + - + + + + -
23. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Các ion âm, ion dương, electron trao đổi điện tíchHiệnvớitượngnhau (gìhoặcxảyvới điện cực) trở thành phânra khitửmấtkhí trungtác nhânhòa. ion hóa ? => Lúc này chất khí không dẫn điện
24. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ III – Bản chất của dòng điện trong chất khí. 1. Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa. 2. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí * Định nghĩa *- SQuáự phụtrìnhthuộcdẫn điệncủa Icủa theochấtU khí là quá trình dẫn điện(phóng điện) không tự lực. - Nó tồn tại khi tạo ra hạt tải điện trong khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ngừng tạo ra hạt tải điện (làm mất tác nhân ion hóa) => Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí là sự phóng điện không tự lực khi có tác nhân ion hóa.
25. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ I(A) a b Ibh U nhỏ 0 U đủ lớn U quá lớn U(V) - U nhỏ : I tăng theo U - U đủ lớn : I đạt giá trị bão hòa I = Ibh - U quá lớn : I tăng nhanh khi U tăng => Điều đó chứng tỏ khi điện thế quá lớn -> cho điện trở của chất khí giảm -> mật độ hạt tải điện tăng.
26. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Kết luận: Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí không tuân theo đinh luật Ôm
27. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ III – Bản chất của dòng điện trong chất khí. 1. Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa. 2. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí 3. Hiện tượng nhân số hạt tải điện trong chất khí trong quá trình dẫn điện không tự lực Khái niệm: Hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí do dòng điện chạy qua gây ra gọi là hiện tượng nhân số hạt tải điện
28. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ C4 Khi có quá trình nhân số hạt tải điện thì cường độ điện trường tại các điểm khác nhau ở giữa hai bản cực có giống nhau không? Vì sao? => Không.Vì mật độ hạt tải điện ở các điểm ở giữa hai bản cực không giống nhau. Càng về phía bản dương mật độ hạt tải điện càng tăng
29. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ IV – Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện tạo ra quá trình dẫn điện tự lực. 1. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí: - Quá trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy trì, không cần ta chủ động tạo ra hạt tải điện, gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện ) tự lực. - Là quá trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy trì. Không cần tác nhân ion hóa chất khí ở bên ngoài. 2. Điều kiện tạo ra quá trình dẫn điện tự lực:Các cách để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới.
30. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ 1.* DòngHai kiểuđiệnphóngchạy quađiên chấtlực thườngkhí gặp nhấtCólàbaotianhiêulửa điện và hồLàmquangtăng nhiệtđiệnđộ. khí lên rất cao, khiến phânkiểutử phóngkhí bị ionđiện hóa. tự lực thường 2. Điện trường trong chất khí rất lớn gặp nhất ? Khiến phân tử khí bị ion hóa ngay cả khi nhiêt độ thấp 3. Catốt bị dòng điện nung nóng đỏ Làm cho nó có khả năng phát ra electron 4. Catốt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào Làm bật electron ra khỏi ca tốt và trở thành hạt tải điện.
31. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ V– Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện 1. Định nghĩa:Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi có điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hòa thành electron tự do và ion dương. 2. Điều kiện tạo ra tia lửa điện:Điều kiện tạo ra tia lửa điện là trong chất khí phải có điện trường đạt đến ngưỡng 3.106 V/m
32. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Quá trình hình thành tia lửa điện Thoạt đầu khí ở gần mũi nhọn bị ion hóa Vùng khí bị ion hóa lan rộng ra Tia lửa điện xuất hiện
33. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
34. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Bảng 15.1 Kho¶ng c¸ch ®¸nh tia ®iÖn HiÖu ®iÖn thÕ U (V) Cùc ph¼ng (mm) Mòi nhän (mm) 20 000 6,1 15,5 40 000 13,7 45,5 100 000 36,7 220 200 000 75,3 410 300 000 114 600
35. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ V– Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện 1. Định nghĩa. 2. Điều kiện tạo ra tia lửa điện. 3. Ứng dụng.
36. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ * Động cơ nổ: => Tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong động cơ Bugi trong động cơ nổ
37. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Sét hay tia sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây mang các điện tích khác dấu, đôi khi còn xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hay bão bụi (cát). Khi phóng điện trong khí quyển, tia sét có thể di chuyển với tốc độ 36.000 km/h. Sét đạt tới nhiệt độ 30.000°C. Khi hai đám mây tích điện trái dấu lại gần nhau, hiệu điện thế giữa chúng có thể lên tới hàng triệu von. Giữa hai đám mây có hiện tượng phóng tia lửa điện và ta trông thấy một tia chớp, vài giây sau mới nghe thấy tiếng nổ, đó là “sấm”. Nếu có đám mây dông tích điện đi gần mặt đất tới những khu vực trống trải, gặp một vật có độ cao thì sẽ có hiện tượng phóng tia lửa điện giữa đám mây và mặt đất. Đó là hiện tượng sét đánh. Sét tại thành phố Zhuhai, tỉnh Quảng Đông- TQ
38. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ C5 Vì sao khi đi đường gặp mưa giông, sấm sét dữ dội, ta không nên đứng trên những gò đất cao hoặc trú dưới gốc cây mà nên nằm dán người xuống đât ? Vì đó là những nơi có điện trường mạnh nhất nên dễ dàng có sự phóng điện từ mây xuống các gò đất và ngọn cây.
39. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ VI- Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện. 1. Định nghĩa: Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. 2. Điều kiện: - Hai điện cực phải nóng đỏ đến mức phát xạ nhiệt điện tử (phát xạ electron). - Khi có được tia lửa điện, phải duy trì hiệu điện thế giữa hai điện cực đến giá trị không lớn để tạo ra cung sáng chói. => Điều kiện: catot được đốt nóng tới nhiệt độ cao để có thể phát xạ nhiệt electron và có một HĐT đủ lớn để mồi cho quá trình phóng điện xảy ra.
40. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ VI- Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện. 1. Định nghĩa: 2. Điều kiện: 3. Ứng dụng:
41. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Hồ quang điện có những ứng dụng nào ? Hồ quang điện
42. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ * Làm đèn chiếu sáng * Đun chảy vật liệu
43. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ * Máy hàn điện
44. • Chất khí vốn không dẫn điện. Chất khí chỉ dẫn điện khi có hạt tải điện (electron,ion) do tác nhân ion hóa sinh ra. Dòng điện trong chất khí là dòng điện chuyển dời có hướng của electron và các ion trong điện trường. • Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí xảy ra khi ta phải dùng tác nhân ion hóa từ bên ngoài để tạo ra hạt tải điện trong chất khí. • Khi dùng nguồn điện áp lớn để tạo ra sự phóng điện qua chất khí, ta thấy có hiện tượng nhân số hạt tải điện. • Quá trình phóng điện tự lực trong chất khí là quá trình phóng điện vẫn tiếp tục giữ được khi không còn tác nhân ion hóa tác động từ bên ngoài. • Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành trong chất khí khi có điện trường đủ mạnh để làm ion hóa chất khí. • Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành khi dòng điện qua chất khí có thể giữ được nhiệt độ cao của catot để nó phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt electron.