Dòng điện là gì so sánh với đặc điểm của dòng điện trong kim loại

1. Dòng điện trong kim loại là gì ?

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

2. Bản chất của dòng điện trong kim loại

Theo thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại, ta có:

-Trong vật liệu kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị sẽ trở thành các ion dương.

-Các ion dương sẽ liên kết với nhau theo một trật tự để tạo nên mạng tinh thể kim loại.

-Chuyển động nhiệt của các ion càng mạnh thì mạng tinh thể sẽ càng dễ bị mất trật tự.

-Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử để trở thành các electron tự do với mật độ không đổi, sau đó chuyển động một cách hỗn loạn tạo thành khí electron tự do và chiếm toàn bộ thể tích của khối kim loại, đồng thời cũng không sinh ra dòng điện nào.

-Điện trườngE do nguồn điện ngoài sinh ra sẽ đẩy khí electron trôi ngược hướng với chiều điện trường và sinh ra dòng điện.

-Khi mạng tinh thể mất trật tự, chuyển động của electron tự do bị cản trở. Đây chính là nguyên nhân gây ra điện trở kim loại. Sự mất trật tự thường gặp là do chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể, sự méo của mạng tinh thể bởi những biến dạng cơ học và các nguyên tử lạ lẫn vào trong kim loại. Chính vì vậy, điện trở của kim loại rất nhạy cảm với những yểu tố trên.

-Các hạt tải điện trong kim loại là electron tự do và vì mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt. Đây chính là lý do vì sao kim loại có khả năng dẫn điện tốt.

Vậy bản chất của dòng điện trong kim loại là gì? Đó chính là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường dưới tác dụng của điện trường ngoài.

1. Bản chất dòng điện trong chất điện phân

Trong dung dịch, các axit, ba zơ, muối bị phân li thành ion.

- Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau.

+ Ion dương chạy về phía catôt nên gọi là cation

+ Ion âm chạy về phía anôt nên gọi là anion.

- Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất (theo nghĩa hẹp) đi theo. Tới điện cực chỉ có êlectron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.

- Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.

Hiện tượng gốc axit trong dung dịch điện phân tác dụng với cực dương tạo thành chất điện phân tan trong dung dịch và cực dương bị mòn đi gọi là hiện tượng dương cực tan.

Nội dung các định luật Faraday:

+ Định luật 1: Khôi lượng chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.

m = kq

+ Định luật 2: Đương lượng hóa học của nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gamA/ncủa nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là1/Ftrong đó F gọi là số Faraday.

Biểu thức kết hợp nội dung hai định luật:

2. Bản chất dòng điện trong chất khí

Trong điều kiện thường thì chất khí không dẫn điện. Chất khí chỉ dẫn điện khi trong lòng nó có sự ion hóa các phân tử.

Ngọn lửa ga (nhiệt độ rất cao), tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là các tác nhân ion hoá. Nhờ có năng lượng cao, chúng ion hoá chất khí, tách phân tử khí trung hoà thành ion dương và êlectron tự do. Êlectron tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà thành ion âm. Các hạt tích điện này là hạt tải điện trong chất khí.Khi dùng nguồn điện gây hiệu điện thế lớn thì xuất hiện hiện tượng nhân hạt tải điện trong lòng chất khí.

=> Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.

Quá trình phóng điện vẫn tiếp tục được quy trì khi không còn tác nhân ion hóa chất khí từ bên ngoài gọi là quá trình phóng điện tự lực.

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành dòng điện qua chất khí có thể giữ được nhiệt độ cao của catod để nó phát được eletron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.

Answers ( )

  1. Dòng điện là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng (electron, ion,…)

    Dòng điện có hướng di chuyển từ cực dương, qua dây dẫn, các thiết bị điện đến cực âm.

    Dòng điện trong kim loại di chuyển từ cực âm đến cực dương.

    Vậy 2 dòng điện có hướng ngược nhau.

  2. – Dòng điện là dòng các điện tich dịch chuyển có hướng.

    – Dòng điện trong kim loại là dòng các êlectrôn dịch chuyển có hướng.

I. Dòng điện trong kim loại – Chương dòng điện trong các môi trường

- Các tính chất điện của kim loại có thể giải thích được dựa trên sự có mặt của các electron tự do trong kim loại. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do.

- Trong chuyển động, các electron tự do luôn luôn va chạm với các ion dao động quanh vị trí cân bằng ở các nút mạng và truyền một phần động năng cho chúng. Sự va chạm này là nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại và tác dụng nhiệt. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ.

- Hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ Tc nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) giảm đột ngột đến giá trị bằng không, là hiện tượng siêu dẫn.

Lý thuyết dòng điện trong kim loại

Quảng cáo

I. Bản chất của dòng điện trong kim loại

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

- Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron dưới tác dụng của điện trường.

- Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động của hạt tải điện làm cho điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Đến gần 0oK, điện trở của kim loại rất nhỏ.

II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

Thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất p của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:

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

Trong đó:

+ ρ0là điện trở suất ở nhiệt độ t0oC (thường ở 20oC)

+ ρ là điện trở suất ở nhiệt độ toC

+ α là hệ số nhiệt điện trở (K-1)

-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.

III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp

- Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0oK điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

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

- Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:

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

+ Dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.

IV. Hiện tượng nhiệt điện

- Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại còn cho thấy, nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một phần êlectron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm.

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

ξ =αt(T1 – T2)

Trong đó:

+ T1– T2là hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh

+ αt là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.

- Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.

Sơ đồ tư duy về dòng điện trong kim loại

Bài tiếp theo

  • Câu C1 trang 75 SGK Vật lý 11

    Giải Câu C1 trang 75 SGK Vật lý 11

  • Câu C2 trang 76 SGK Vật lý 11

    Giải Câu C2 trang 76 SGK Vật lý 11

  • Bài 1 trang 78 SGK Vật lí 11

    Giải bài 1 trang 78 SGK Vật lí 11. Hạt tải điện trong kim loại là loại êlectron nào? Mật độ của chúng vào cỡ nào?

  • Bài 2 trang 78 SGK Vật lí 11

    Giải bài 2 trang 78 SGK Vật lí 11. Vì sao điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng?

  • Bài 3 trang 78 SGK Vật lí 11

    Giải bài 3 trang 78 SGK Vật lí 11. Điện trở của kim loại thường và siêu dẫn khác nhau như thế nào?

  • Lý thuyết Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
  • Lý thuyết lực Lo-Ren-Xơ
  • Lý thuyết Lực từ - Cảm ứng từ
  • Lý thuyết từ trường
Quảng cáo
Luyện Bài Tập Trắc nghiệm Lí lớp 11 - Xem ngay
Báo lỗi - Góp ý

Video liên quan

Chủ đề