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

 Giáo viên : Nguyễn Anh Tuấn 
Chào mừng quý thầy cô đến dự hội giảng ! 
Lớp 11A2 
Các em hãy quan sát những hình ảnh sau: 
Những hình ảnh trên mô tả hiện tượng gì? 
CHƯƠNG III 
DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG 
 B ản chất dòng điện trong các môi trường: kim loại, chất điện phân, chất khí, chân không, bán dẫn. 
 Ứ ng dụng của dòng điện trong các môi trường. 
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 
Bài 13: 
Dòng điện trong kim loại 
Ngày dạy: 25 – 11 – 2010 
Tiết: 25 
CHÚ Ý 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
- 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 
KIẾN THỨC ĐÃ HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
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. 
KIẾN THỨC ĐÃ HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
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. 
Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các iôn dương. 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
 
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. 
Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi. 
 
Bản chất của dòng điện trong kim loại được nêu rõ trong một lí thuyết tổng quát gọi là thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
Không có điện trường ngoài 
Có điện trường ngoài 
Chuyển động của các electron 
Nhận xét 
Hỗn loạn 
không ngừng 
Có hướng 
Có dòng điện 
Không có 
dòng điện 
Điện trường ngoài làm các electron chuyển động có hướng (ngược hướng điện trường), tạo ra dòng điện. 
 
Hãy quan sát và rút ra nhận xét. 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
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. 
Chúng ta đều biết kim loại có điện trở. Hãy quan sát và cho biết nguyên nhân nào gây ra điện trở của kim loại? 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
* Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại cho thấy: 
 - Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. 
*Ngoài ra : 
 - Mật độ các electron tự do trong kim loại rất cao (khoảng 10 28 /m 3 ) 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. 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
2. Bản chất dòng điện trong kim loại 
 Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường . 
 
E 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
2. Bản chất dòng điện trong kim loại 
* Ứng dụng : 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
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. 
Khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại có thay đổi không? Vì sao? 
E 
Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của kim loại tăng. 
ρ=ρ 0 [1+α(t-t 0 )] 
α : hệ số nhiệt điện trở (K -1 ) 
ρ 0 : điện trở suất của kim loại ở t 0 ( 0 C) 
ρ : điện trở suất của kim loại ở t ( 0 C) 
Trong đó: 
 * 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 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 
 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 
Kim loại 
B¹c 
B¹ch kim 
§ång 
Nh«m 
S¾t 
Constantan 
Vonfram 
Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 20 0 C 
Tại sao trong thực tế người ta thường dùng dây đồng để làm dây dẫn điện? 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 
Kim loại 
B¹c 
B¹ch kim 
§ång 
Nh«m 
S¾t 
Constantan 
Vonfram 
Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 20 0 C 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 
Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim 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 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn 
Hãy quan sát đồ thị thu được về sự phụ thuộc của điện trở của cột thuỷ ngân vào nhiệt độ, sau đó nêu nhận xét sự thay đổi điện trở của cột thuỷ ngân ở lân cận nhiệt độ 4 K ? 
- Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục. 
R( ) 
T( K ) 
4 
2 
0 
0,08 
0,16 
6 
 0 K 
 2 K 
 4 K 
 8 K 
 6 K 
Temp 
Điện trở của một cột thủy ngân phụ thuộc vào nhiệt độ 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn 
- Khi nhiệt độ giảm xuống thấp (gần 0 K) điện trở của kim loại đột ngột giảm mạnh. 
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. 
 Khi nhiệt độ thấp hơn 
một nhiệt độ tới hạn T c 
thì điện trở của một số kim 
loại và một số chất giảm 
xuống bằng 0. 
Thế nào là hiện tượng siêu dẫn? 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn 
Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở suất 
của một số vật liệu giảm đột ngột xuống bằng 0 
khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn 
một giá trị T c nhất định, gọi là nhiệt độ tới hạn. 
Giá trị này phụ thuộc vào bản thân vật liệu. 
 
Tên vật liệu 
T c (K) 
Nhôm 
Thủy ngân 
Chì 
Thiếc 
Kẽm 
HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 
1,19 
4,15 
7,19 
3,72 
0,85 
134 
Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn 
Các em đã biết, muốn có dòng điện phải có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn. Mà muốn có hiệu điện thế cần phải có một nguồn điện để tạo ra hiệu điện thế đó. 
Vậy, có cách nào tạo ra hai đầu mạch kín một hiệu điện thế mà không cần đến một nguồn điện hay không? 
Các em quan sát thí nghiệm sau. 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
Tiết 25 
Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
II. Sự phụ thuộc củađiện 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 
* 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. 
Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện một suất điện động trong mạch của một cặp nhiệt điện khi hai mối hàn được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau. 
 
* Suất điện động nhiệt điện: 
T 1 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K) 
: hệ số nhiệt điện động (V/K) 
T 2 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K) 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại. 
II. Sự phụ thuộc củađiện 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 
 T ( V/K) 
Cặp kim loại 
6,5 
Platin – Platin pha rôđi 
8,6 
Sắt – Đồng 
32,4 
Sắt – Niken 
40 
Đồng – Constantan 
50,4 
Sắt – Constantan 
Bảng một số cặp nhiệt điện thường dùng 
* Ứng dụng: . 
- Nhiệt kế nhiệt điện 
- Pin nhiệt điện 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
I. Bản chất của dòng 
điện trong kim loại 
II. Sự phụ thuộc củađiện 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 
KIẾN THỨC CẦN NHỚ 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
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 T C . 
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 = α T (T 1 –T 2 ) , α T l à h ệ s ố nhi ệt đ i ện động . 
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. 
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. 
C. điện trở của vật dẫn giảm xuống rất nhỏ khi nhiệt độ của nó đạt giá trị đủ cao. 
B. điện trở của vật dẫn giảm xuống bằng không khi nhiệt độ của nó nhỏ hơn giá trị nhiệt độ tới hạn. 
D. điện trở của vật dẫn bằng không khi nhiệt độ bằng 0(K). 
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. 
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. 
DẶN DÒ 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
 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. 
Chúc quý thầy cô sức khỏe và công tác tốt ! 
Lớp 11A2 
Ion dương 
Electron tự do 
Electron trong nguyên tử 
Nguyên tử 
Proton 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
Mô hình mạng tinh thể đồng 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
E 
Dòng điện trong kim loại 
Bài 13 
9 
4 
2 
0 
2 
4 
6 
V 
0:6 mV 
KHOA VẬT LÍ TR Ư ỜNG ĐHSP TN 
VẬT LÍ KĨ THUẬT 
= 1 ┴ 
0 
100 
200 
300 
400 
500 
600 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
100 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
100 
0 
100 
200 
300 
400 
500 
600 
Nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới 
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. 
Cặp nhiệt điện ứng dụng trong nhiệt kế điện tử 
Baøi taäp töï luaän 
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 0 C. Tính suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện khi đó. 
6) Ở 20 0 C, 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: 1,378 mV 
ĐS: 1,8.10 -8 m