Vật lý 11 Bài 13: Dòng điện trong kim loại

- Thuyết electron về tính dẫn điện của 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. Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.

+ Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn toạ thành khí electron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.

+ Điện trường (,overrightarrow E ) 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 chuyển động của electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại

+ Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên chúng dẫn điện rất tốt.

+ Vậy, Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường

+ Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 C

- Điện trở suất (rho ) của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất :

(rho = {rho _0}left[ {1{rm{ }} + alpha left( {t{rm{ }} - {rm{ }}{t_0}} right)} right])

-Trong đó:

+ ({rho _0}) : là điện trở suất ở nhiệt độ ({t^0}C) ( thường ở ({20^0}C))

+ (rho ) : là điện trở suất ở nhiêt độ ({t^0}C)

+ (alpha ) : Hệ số nhiệt điện trở, đơn vị K-1 phụ thuộc:

- Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó

- Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần ({0^0}K) , điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục.

- Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

- Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn

- Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn

+ Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

+ Trong tương lai dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa

- Nếu lấy hai dây kim loại khác nhau và hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữ ở nhiệt độ cao, một mối hàn giữ ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, trong mạch có một suất điện động E. E gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu vào nhau gọi là cặp nhiệt điện.

- Suất điện động nhiệt điện :

(E = {a_T}left( {{T_1}-{rm{ }}{T_2}} right))

- Trong đó:

+ T1 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K)

+ T2 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)

+ ({{rm{alpha }}_{rm{T}}}): : hệ số nhiệt điện động (V/K)

- Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.

- Bảng một số cặp nhiệt điện thường dùng