Chuyên đề dòng điện trong kim loại, các hiện tượng nhiệt điện và siêu dẫn bồi dưỡng HSG Vật lí 11 gồm 08 trang, được trích dẫn từ cuốn sách Công Phá Đề Thi Học Sinh Giỏi Vật Lí Lớp 11 của tác giả Nguyễn Phú Đồng.
A – TÓM TẮT KIẾN THỨC B – NHỮNG CHÚ Ý KHI GIẢI BÀI TẬP VỀ KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG: – Trong kim loại, hạt tải điện là các electron. Khi chưa có điện trường ngoài, các electron chuyển động nhiệt hỗn độn nên không tạo thành dòng điện trong kim loại; khi có điện trường ngoài, các electron chuyển động có hướng ngược chiều điện trường tạo thành dòng điện trong khối kim loại. – Độ dẫn điện của mỗi kim loại phụ thuộc vào điện trở suất của nó. Kim loại có điện trở suất càng nhỏ thì dẫn điện càng tốt. Điện trở suất [điện trở] của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. – Khi nhiệt độ không đổi, với vật dẫn kim loại hình trụ tiết diện S, dài l, ta có: I = U US = R ρl [định luật Ôm cho đoạn mạch điện trở]. VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI: Với dạng bài tập về sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ. Phương pháp giải là: – Sử dụng các công thức: + Điện trở suất: t 0 0 ρ = ρ [1 + α[t – t ]]. + Điện trở: Rt = R0 0 [1 + α[t – t ]]. R0 là điện trở suất và điện trở của kim loại ở t0 [oC], thường lấy ở 20oC; t ρ Rt là điện trở suất và điện trở của kim loại ở t[oC]; α là hệ số nhiệt điện trở, đơn vị K – 1. – Một số chú ý: R1 là điện trở suất và điện trở của kim loại ở nhiệt độ t1; ρ2 R2 là điện trở suất và điện trở của kim loại ở nhiệt độ t2. + Cần kết hợp với định luật Ôm [khi nhiệt độ không đổi], công thức về sự phụ thuộc của điện trở vật dẫn vào hình dạng và kích thước của nó: R = ρSl. Với dạng bài tập về dòng nhiệt điện. Phương pháp giải là: – Sử dụng công thức: e = T 1 2 α [T – T ] [e là suất điện động nhiệt điện; T1, T2 là nhiệt độ của hai mối hàn nóng và lạnh; T α là hệ số nhiệt điện động, đơn vị μV/K]. – Một số chú ý: + Đơn vị của αT là [μV/K] nên khi tính ra đơn vị của e phải là μV [1μV = 10-3mV = 10-6V]. + T1 là nhiệt độ của mối hàn có nhiệt độ thấp hơn, T2 là nhiệt độ của mối hàn có nhiệt độ cao hơn. Dòng nhiệt điện tuân theo định luật Ôm cho toàn mạch. Với dạng bài tập về bản chất dòng điện trong kim loại. Phương pháp giải là: – Sử dụng các công thức: + Mật độ electron: n0 = NV = NSl = NSv.Δt [N là số e trong thể tích V] hay n0 = nN’ = nNA A là hóa trị và nguyên tử khối của kim loại; NA là số Avôgađrô; D là khối lượng riêng của kim loại; v là tốc độ trung bình của các electron trong kim loại. + Điện tích truyền qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian t. + Tốc độ trung bình của các electron [vận tốc trôi]. – Một số chú ý: Phân biệt giữa n [hóa trị của kim loại] và n0 [mật độ electron trong kim loại]. C – CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG
[ads]
Với Các dạng bài tập dòng điện trong kim loại và cách giải môn Vật lý lớp 11 gồm phương pháp giải chi tiết, bài tập minh họa có lời giải và bài tập tự luyện sẽ giúp học sinh biết cách làm bài tập Các dạng bài tập dòng điện trong kim loại. Mời các bạn đón xem:
Các dạng bài tập dòng điện trong kim loại và cách giải - Vật lý lớp 11
- Lý thuyết
- Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện tốt.
- Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.
1. Điện trở của dây dẫn
- Ở một nhiệt độ xác định, điện trở của một vật dẫn phụ thuộc vào chiều dài, tiết diện và điện trở suất của vật liệu làm vật dẫn.
- Điện trở của vật dẫn có thể được tính theo công thức:
R=ρlS
Trong đó:
+ ρ là điện trở suất [Ωm]
+ l là chiều dài vật dẫn [m]
+ S là tiết diện thẳng của dây dẫn [m2]
2. Sự phụ thuộc của điện trở suất và điện trở vào nhiệt độ
* Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ
- Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng hàm bậc nhất:
ρ = ρ0[1 + α[t – t0]]
Trong đó:
+ α là hệ số nhiệt điện trở [K-1]
+ ρ0 là điện trở suất của vật liệu tại nhiệt độ t0 [Ωm]. Thường lấy t0 = 20 oC
+ ρ điện trở suất của vật liệu tại nhiệt độ t [Ωm]
+ Bảng điện trở suất ρ0 và α của một số kim loại ở 20 oC:
Bảng 1. Điện trở suất ρ0 và hệ số nhiệt điện trở α của một số kim loại ở 20 oC
Hình 1. Sự biến thiên điện trở suất của đồng theo nhiệt độ
* Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ
- Điện trở của dây dẫn kim loại cũng tăng theo gần đúng hàm bậc nhất của nhiệt độ:
R = R0[1 + α[t – t0]]
Trong đó:
+ α là hệ số nhiệt điện trở [K-1]
+ ρ0 điện trở suất của vật liệu tại nhiệt độ t0 [Ωm]. Thường lấy t0 = 20 oC
+ ρ điện trở suất của vật liệu tại nhiệt độ t [Ωm]
+ R là điện trở của dây dẫn tại nhiệt độ t [Ω]
+ R0 điện trở suất của vật liệu tại nhiệt độ t0 [Ω]
Hình 2. Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ
3. Hiện tượng nhiệt điện, suất điện động nhiệt điện
- Hiện tượng nhiệt điện: là hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong mạch kín khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu vật dẫn kim loại [hoặc hợp kim].
+ Cặp nhiệt điện là hai dây 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.
+ Biểu thức suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện:
E=αT.[T1−T2]=αT.ΔT
Trong đó:
+ E là suất điện động nhiệt điện [V]
+ αT là hệ số nhiệt điện động [V/K]
+ ΔT = T1 – T2 là độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu mối hàn [K]
- Ứng dụng cặp nhiệt điện: Chế tạo nhiệt kế điện hoặc cảm biến đo nhiệt độ [nguyên lý hoạt động: suất điện động sinh ra từ cặp nhiệt điện tương ứng với sự chêch lệch nhiệt độ đã được xác định từ bảng thức nghiệm, khi cho một đầu cặp nhiệt điện vào vùng cần đo nhiệt độ sẽ hình thành suất điện động nhiệt điện, từ đó tính được nhiệt độ cần đo so với nhiệt độ chuẩn]