Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 13: Dòng điện không kim loại - Nguyễn Anh Tuấn

Nội dung text: Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 13: Dòng điện không kim loại - Nguyễn Anh Tuấn

1. Giaùo vieân : Nguyeãn Anh Tuaán
2. CHƯƠNG III DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG Bản chất dòng điện trong các môi trường: kim loại, chất điện phân, chất khí, chân không, bán dẫn. Ứng dụng của dòng điện trong các môi trường.
3. Ngày dạy: 25 – 11 – 2010 Tiết: 25 NỘI DUNG BÀI HỌC I. BẢN CHẤT CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT VÀO NHIỆT ĐỘ III. ĐIỆN TRỞ CỦA KIM LOẠI Ở NHIỆT ĐỘ THẤP VÀ HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
4. CHÚ Ý - Phần kiến thức có kí hiệu  (chữ màu xanh) là nội dung bài cần ghi chép vào vở - Chia nhóm hoạt động: những học sinh trên cùng một bàn được xếp thành một nhóm
5. KIẾN THỨC ĐÃ HỌC CÂU 1 : Dòng điện là: A. dòng chuyển dời của các hạt mang điện. B. dòng chuyển dời hỗn loạn của các hạt mang điện. C. dòng chuyển dời có hướng của các nguyên tử. D. dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện.
6. KIẾN THỨC ĐÃ HỌC CÂU 1 : Dòng điện là: D. dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. CÂU 2 : Điều kiện để có dòng điện là: A. giữa hai đầu vật dẫn có một hiệu điện thế. B. giữa hai đầu một vật có một hiệu điện thế. C. phải có một vật dẫn. D. phải có một nguồn điện.
7. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng Trong kimBản loại, chất các của nguyên dòng điện tử bị trong mất electron kim loại được nêu rõ trong một điện trong kim loại hóa trị trở thành các iôn dương. lí thuyết tổng quát gọi là thuyết 1. Thuyết electron về Các electronelectron hóa trị về táchtính dẫnkhỏi điện nguyên của tử trở tính dẫn điện của kim thành các electron tựkim do loạivới mật độ n không loại đổi.  Các iôn dương dao động nhiệt quanh các vị trí cân bằng xác định, và liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại. Nhiệt độ càng cao, dao động nhiệt càng mạnh, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự.
8. NỘI DUNG BÀI HỌC Hãy quan sát và rút ra nhận xét. I. Bản chất của dòng điện trong kim loại Không có điện Có điện trường ngoài trường ngoài 1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim Chuyển động Hỗn loạn Có hướng loại của các không ngừng electron Nhận xét Không có Có dòng điện dòng điện  Điện trường ngoài làm các electron chuyển động có hướng (ngược hướng điện trường), tạo ra dòng điện.
9. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng Chúng ta đều biết kim điện trong kim loại loại có điện trở. Hãy quan sát và cho biết 1. Thuyết electron về nguyên nhân nào gây ra tính dẫn điện của kim điện trở của kim loại? loại E Trong quá trình chuyển động có hướng, các electron tự do không ngừng va chạm với các ion dương nằm ở các nút mạng, cộng với sự méo mạng tinh thể do biến dạng cơ học làm cản trở chuyển động có hướng của các electron tự do, gây ra điện trở của kim loại.
10. NỘI DUNG BÀI HỌC *Thuyết electron về tính dẫn điện của I. Bản chất của dòng kim loại cho thấy: điện trong kim loại 1. Thuyết electron về - Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự tính dẫn điện của kim do. loại *Ngoài ra : - Mật độ các electron tự do trong kim loại rất cao (khoảng 1028/m3) nên kim loại dẫn điện tốt. - Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm (nếu nhiệt độ kim loại được giữ không đổi). - Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt.
11. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng điện trong kim loại 1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 2. Bản chất dòng điện trong kim loại E  Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường .
12. NỘI DUNG BÀI HỌC * Ứng dụng : I. Bản chất của dòng điện trong kim loại 1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 2. Bản chất dòng điện trong kim loại
13. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng Khi nhiệt độ tăng, điện trong kim loại điện trở của kim loại có thay đổi không? Vì sao? E Theo thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại, khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể tăng (biên độ dao động càng lớn), làm cho electron va chạm với ion càng nhiều, càng làm tăng sự cản trở chuyển động của các electron tự do. Vì vậy, khi nhiệt độ tăng thì điện trở kim loại tăng.
14. NỘI DUNG BÀI HỌC Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của kim loại I. Bản chất của dòng tăng. điện trong kim loại ρ=ρ [1+α(t-t )] (.) m II. Sự phụ thuộc của 0 0 điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ Trong đó: 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) * Hệ số nhiệt điện trở α của mỗi kim loại phụ thuộc vào: - Nhiệt độ - Độ sạch và chế độ gia công vật liệu đó Sự biến thiên điện trở suất của đồng theo nhiệt độ
15. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng −1 KimTại sao loại trong thực 0 ( tế m) (K ) điện trong kim loại người ta thường −8 −3 II. Sự phụ thuộc của dùngB¹c dây đồng1,62.10 để 4,1.10 điện trở suất của −8 −3 kim loại theo nhiệt độ B¹chlàm dâykim dẫn điện?10,6.10 3,9.10 §ång 1,69.10−8 4,3.10−3 −8 Nh«m 2,75.10 4,4.10−3 S¾t 9,68.10-8 6,5.10−3 Constantan 5,21.10−8 −70.10−3 −8 Vonfram 5,25.10 4,5.10−3 Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 C
16. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng −1 Kim loại 0 ( m) (K ) điện trong kim loại −8 −3 II. Sự phụ thuộc của B¹c 1,62.10 4,1.10 điện trở suất của −8 −3 kim loại theo nhiệt độ B¹ch kim 10,6.10 3,9.10 §ång 1,69.10−8 4,3.10−3 −8 Nh«m 2,75.10 4,4.10−3 S¾t 9,68.10-8 6,5.10−3 Constantan 5,21.10−8 −70.10−3 −8 Vonfram 5,25.10 4,5.10−3 Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 C
17. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng điện trong kim loại II. Sự phụ thuộc của Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của điện trở suất của kim kim loại theo nhiệt độ loại thay đổi như thế nào? - Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục. - ĐVĐ chuyển mục: để tìm hiểu kỹ hơn về điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ thấp, ta sang mục III
18. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng - Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của điện trong kim loại kim loại cũng giảm liên tục. II. Sự phụ thuộc của Hãy quan sát đồ thị thu được về sự phụ điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ thuộc của điện trở của cột thuỷ ngân vào nhiệt độ, sau đó nêu nhận xét sự thay đổi III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và điện trở của cột thuỷ ngân ở lân cận nhiệt độ hiện tượng siêu dẫn 4 K ?
19. Temp R( ) 8K 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
20. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng - Khi nhiệt độ giảm điện trong kim loại xuống thấp (gần 0 K) II. Sự phụ thuộc của điện trở của kim loại điện trở suất của đột ngột giảm mạnh. kim loại theo nhiệt độ - Khi nhiệt độ thấp hơn III. Điện trở của kim một nhiệt độ tới hạn T loại ở nhiệt độ thấp và c hiện tượng siêu dẫn thì điện trở của một số kim loại vàThế một nào số là chất hiện giảm xuốngtượng bằng siêu 0. dẫn? Nhiều tính chất khác như từ tính và nhiệt dung cũng thay đổi đột ngột ở nhiệt độ này. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.
21. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở suất điện trong kim loại của một số vật liệu giảm đột ngột xuống bằng 0 II. Sự phụ thuộc của khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn điện trở suất của một giá trị Tc nhất định, gọi là nhiệt độ tới hạn. kim loại theo nhiệt độ Giá trị này phụ thuộc vào bản thân vật liệu. III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và Tên vật liệu Tc(K) hiện tượng siêu dẫn Nhôm 1,19 Thủy ngân 4,15 Chì 7,19 Thiếc 3,72 Kẽm 0,85 HgBa2Ca2Cu3O8 134 Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn
22. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng Các em đã biết, muốn có dòng điện trong kim loại điện phải có một hiệu điện thế II. Sự phụ thuộc của đặt vào hai đầu vật dẫn. Mà điện trở suất của muốn có hiệu điện thế cần kim loại theo nhiệt độ Vậy, có cáchphải nàocó một tạo ranguồn điện để tạo III. Điện trở của kim hai đầu mạchra kín hiệu một điện thế đó. loại ở nhiệt độ thấp và hiệu điện thế mà không hiện tượng siêu dẫn cần đến một nguồn điện hay không? Các em quan sát thí nghiệm sau.
23. NỘI DUNG BÀI HỌC * Hai đoạn dây kim loại có bản chất khác nhau I. Bản chất của dòng được nối kín với nhau bởi hai mối hàn được gọi điện trong kim loại là một cặp nhiệt điện. II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất kim loại theo nhiệt độ hiện một suất điện động trong mạch của một III. Điện trở của kim cặp nhiệt điện khi hai mối hàn được giữ ở loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn hai nhiệt độ khác nhau. IV. Hiện tượng nhiệt điện
24. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng * Suất điện động nhiệt điện: điện trong kim loại. II. Sự phụ thuộc của E = αT (T 1 -T 2 ) điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ T1 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K) III. Điện trở của kim T : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K) loại ở nhiệt độ thấp và 2 hiện tượng siêu dẫn αT : hệ số nhiệt điện động (V/K) IV. Hiện tượng Cặp kim loại (  V/K) nhiệt điện T Platin – Platin pha rôđi 6,5 Sắt – Đồng 8,6 Sắt – Niken 32,4 Đồng – Constantan 40 Sắt – Constantan 50,4 Bảng một số cặp nhiệt điện thường dùng
25. NỘI DUNG BÀI HỌC I. Bản chất của dòng * Ứng dụng:. điện trong kim loại - Nhiệt kế nhiệt điện II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của - Pin nhiệt điện 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
26. KIẾN THỨC CẦN NHỚ ➢Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. ➢Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. ➢Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể làm cản trở chuyển động của các electron tự do, làm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ gần giá trị 0 K thì điện trở của kim loại sạch đều rất nhỏ. ➢Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến 0 khi ở nhiệt độ nhỏ hơn (hoặc bằng) nhiệt độ tới hạn TC . ➢Cặp nhiệt điện là hai dây dẫn kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện ξ = αT (T1 –T2) , αT là hệ số nhiệt điện động.
27. 1) Suất nhiệt điện động của một cặp nhiệt điện phụ thuộc vào A. nhiệt độ thấp hơn ở một trong hai đầu cặp. B. nhiệt độ cao hơn ở một trong hai đầu cặp. C. hiệu nhiệt độ hai đầu cặp. D. bản chất của chỉ một trong hai kim loại cấu tạo nên cặp.
28. 2) Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng A. điện trở của vật dẫn giảm xuống giá trị rất nhỏ khi nhiệt độ giảm xuống thấp. B. điện trở của vật dẫn giảm xuống bằng không khi nhiệt độ của nó nhỏ hơn giá trị nhiệt độ tới hạn. C. điện trở của vật dẫn giảm xuống rất nhỏ khi nhiệt độ của nó đạt giá trị đủ cao. D. điện trở của vật dẫn bằng không khi nhiệt độ bằng 0(K).
29. 3) Khi nhiệt độ của dây kim loại tăng, điện trở của nó sẽ A. Giảm đi. B. Không thay đổi. C. Tăng lên. D. Tùy từng kim loại.
30. 4) Hạt tải điện cơ bản trong kim loại là A. Các electron tự do. B. Các ion âm. C. Các ion dương. D. Các nguyên tử.
31. DẶN DÒ - Học bài, làm bài tập 5, 6, 7, 8, 9 trang 78 SGK - Đọc trước bài “ Dòng điện trong chất điện phân” - Ôn lại nội dung thuyết điện li.
32. Nguyên tử Proton Ion dương Electron tự do Electron trong nguyên tử
33. Mô hình mạng tinh thể đồng
34. 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
35. Nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới
36. Dây siêu dẫn nhiệt độ cao thế hệ 2 (2G) có chiều rộng 4cm (công ty American Superconductor sản xuất). Ứng dụng thành công lớn nhất hiện nay của chất siêu dẫn là trong lĩnh vực giao thông, cụ thể là các con tàu có thể “lướt” trên đệm từ trường. Vào tháng 12 năm 2003, tàu Yamanashi MLX01 đã được thử nghiệm với vận tốc 581km/giờ.
37. Cặp nhiệt điện ứng dụng trong nhiệt kế điện tử
38. 5) Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động 6,5 (V/K) được đặt trong không khí ở 20 0 C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 232 0C. Tính suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện khi đó. ĐS: 1,378 mV 6) Ở 200C, cho điện trở suất của bạc là 1,62.10-8 m, và hệ số nhiệt điện trở của bạc là 4,1.10-3 K-1. Ở 320 K thì điện trở suất của bạc là bao nhiêu? ĐS: 1,8.10-8 m