Bi ging Dng in trong kim loi Electro

Bài giảng Dòng điện trong kim loại

Electro n tù do ion d ¬ng

Khi nhiÖt ®é t¨ng C¸c i «n d ¬ng ë nót m¹ng dao ®éng thÕ nµo ? Khi nhiÖt ®é t¨ng, dao ®éng nhiÖt cµng m¹nh, m¹ng tinh thÓ cµng trë lªn mÊt trËt tù.

Khi không có điện trường ngoài, các ion dương trong mạng tinh thể dao động xung quanh vị trí cân bằng, các electron tự do thì chuyển động tự do bên trong vật thể kim loại. Không có dòng điện trong kim loại ChuyÓn ®éng tù do cña c¸c electron nµy cã t¹o ra dßng ®iÖn ® îc kh «ng?

Khi cã ®iÖn tr êng®Æt vµo 2 ®Çu vËt d©n E

Kết luận

Thảo luận -Giải thích nguyên nhân cơ bản gây ra điện trở của kim loại? -Vì sao khi sử dụng các dụng cụ điện người ta khuyến cáo không để vật nặng đè lên dây dẫn?

v Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại: -

Thảo luận Giải thích nguyên nhân khi nhiệt độ tăng thì điện trở của kim loại tăng ?

KIM LOẠI ρ0 (Ω. m) α (K 1) Bạc 1, 62. 10 8 4, 1. 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 Vonfam 5, 25. 10 8 4, 5. 10 3 Constantan 5, 21. 10 8 0, 01. 10 3 Điện trở suất , hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại

III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 00 K, điện trở của kim loại sạch đều rất bé. Vật liệu siêu dẫn có điện trở giảm xuống đến bằng 0 khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc

IV. HiÖn t îngnhiÖt ®iÖn T 1 > T 2 + + + + + KÕt qu¶ cña sù khuÕch t¸n: §Çu nãng tÝch ®iÖn d ¬ng, ®Çu l¹nh tÝch ®iÖn ©m. Gi÷a 2 ®Çu nãng vµ ®Çu l¹nh cã 1 hiÖu ®iÖn thÕ + + + + + _

D©y §ång D©y constantan CÆp nhiÖt ®iÖn: Bé 2 d©y dÉn kh¸c nhau hµn 2 ®Çu SuÊt nhiÖt ®iÖn ®éng: SuÊt ®iÖn ®éng t¹o nªn dßng nhiÖt ®iÖn

Biểu thức của suất điện động nhiệt điện. E= T(T 1 – T 2) T: hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào vật liệu. (V/K) T 1 T 2 Lµ hiÖu nhiÖt ®é ë ®Çu nãng vµ ®Çu l¹nh Bảng giá trị hệ số nhiệt điện động với một số cặp kim loại. Cặp kim loại Platin – Platin pha rôđi Sắt – Đồng Sắt – Niken Đồng – Constantan Sắt – Constantan T(V/K) 6, 5 8, 6 32, 4 40 50, 4 ? Qun sát bảng số liệu em có nhận xét gì?

Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén, …

I. Bản chất dòng điện trong kim loại. 1. Tổng quan. Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do 2. Bản chất dòng điện trong kim loại: là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường 3. Điện trở của kim loại: sự mất trật tự mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do gây ra điện trở. Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại: Chuyển động nhiệt của các ion dương, méo mạng tinh thể do biến dạng cơ. Các nguyên tử lại lẫn vào trong kim loại. II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng chuyển động nhiệt của các ion dương trong mạng tinh thể tăng làm cho điện trở của kim loại tăng. = 0[1 + (t – t 0 ) ] 0 : điện trở suất ở nhiệt độ 0 C (thường lấy 20 0 C), α : hệ số nhiệt điện trở Hệ số nhiệt điện trở của mỗi kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ và cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó. III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn. - Khi nhiệt độ giảm điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0 (K, )điện trở của kim loại sạch đều rất bé. -Vật liệu siêu dẫn có điện trở giảm xuống đến bằng 0 khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc. IV. Hiện tượng nhiệt điện. 1. Cấu tạo cặp nhiệt điện: Cặp nhiệt điện là 2 dây kim loại khác bản chất, 2 đầu hàn vào nhau và đặt ở 2 nhiệt độ khác nhau. 2. Suất điện động nhiệt điện: E = T (T 1 - T 2) - Suất điện động nhiệt điện phụ thuộc vào bản chất 2 kim loại ( T) và chênh lệch nhiệt độ 2 đầu mối hàn - Ứng dụng của cặp nhiệt điện : đo nhiệt độ.

3. 5. Một sợi dây đồng có điện trở 74 ở 500 C, có điện trở suất 4, 1. 103 K-1. Điện trở của sợi dây đó ở 100 C là: A. 86, 6. B. 89, 2 C. 95 D. 82 3. 7. Một sợi dây bằng nhôm có điện trở 120 ở nhiệt độ 20 C, điện trở của sợi dây đó ở 179 C là 204. Điện trở suất của nhôm là: A. 4, 8. 10 -3 K-1. B. 4, 4. 10 -3 K-1 C. 4, 3. 10 -3 K-1 D. 4, 1. 10 -3 K-1 3. 14. Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số 65 ( V/K) được đặt trong không khí ở 20 C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 232 0 C. Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt khi đó là A. E = 13, 00 m. V B. E = 13, 58 m. V B. C. E = 13, 98 m. V D. E = 13, 78 m. V 3. 16. Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số ỏT được đặt trong không khí ở 200 C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 500 0 C, suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt khi đó là E = 6 (m. V). Hệ số nhiệt điện động khi đó là: A. 1, 25. 10 -4 (V/K) B. 12, 5 ( V/K). C. 1, 25 ( V/K) D. 1, 25(m. V/K)

Một trong những tính chất kì lạ nhất của các chất siêu dẫn là cái xảy ra khi đặt chúng ở gần một từ trường. Ở nhiệt độ cao và cảm ứng từ mạnh (vùng màu xanh), các đường sức từ đi xuyên qua chất liệu đúng như người ta trông đợi. Nhưng như Walther Meissner và Robert Ochsenfeld phát hiện ra vào năm 1933, khi một chất siêu dẫn được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ chuyển pha, TC, nhiệt độ tại đó dòng điện có thể chạy mà không có điện trở, thì các đường sức từ bị đẩy ra khỏi chất liệu và phải đi vòng qua mẫu chất – cái gọi là “hiệu ứng Meissner” (vùng màu vàng). Những chất siêu dẫn nhất định, gọi là “loại II”, có thể tồn tại trong một “trạng thái xoáy” (vùng màu lục), trong đó các vùng con có điện trở và vùng con siêu dẫn đồng thời tồn tại. Các trình diễn thực nghiệm nâng bằng từ luôn sử dụng chất siêu dẫn loại II vì các xoáy từ xoay tròn tại chỗ, làm cho nam châm kế đó cân bằng khi nó lơ lửng.

Dây điện được làm từ vật liệu siêu dẫn do ĐH Tel Aviv phát triển có thể truyền tải điện năng nhiều gấp 40 lần so với dây đồng. Một trong những hạn chế của dây đồng truyền thống là bị đốt nóng trong quá trình truyền tải điện năng, dẫn đến tiêu hao năng lượng. Tuy nhiên dây điện được làm từ vật liệu siêu dẫn do các nhà khoa học tại ĐH Tel Aviv phát triển có thể truyền tải điện năng nhiều gấp 40 lần so với dây đồng cùng kích thước do không bị hấp thụ nhiệt. Dây siêu dẫn sapphire có khả năng truyền tải điện năng cao gấp 40 lần dây đồng truyền thống (Ảnh: Gizmag) Dây siêu dẫn làm từ các sợi tinh thể sapphire bao phủ bởi một hỗn hợp gốm. Mỗi sợi dây dày hơn một sợi tóc của người có khả năng truyền tải điện lớn. Nhược điểm của loại dây này luôn đòi hỏi phải được làm lạnh để duy trì trạng thái siêu dẫn. Tuy nhiên nhược điểm trên đã được xử lý bằng một hệ thống làm mát khép kín sử dụng ni tơ lỏng rẻ tiền. Đã từng có những nghiên cứu về vật liệu siêu dẫn trước đây, song vật liệu không bền và chi phí quá đắt. TS Boaz Almog, một trong những nhà nghiên cứu, tin rằng dây siêu dẫn sapphire rất lý tưởng trong việc cung cấp năng lượng từ các nguồn năng lượng từ xa hoặc sử dụng cho lưới điện quốc gia. Một số loại gốm có thể cách điện rất tốt tại nhiệt độ bình thường, nhưng khi được nhúng vào nitơ lỏng (có nhiệt độ rất thấp) thì lại trở thành vật liệu dẫn điện hoàn hảo