Để tổng hợp kiến thức về dòng điện trong các môi trường, Kiến Guru giới thiệu đến các bạn bài viết tổng hợp kiến thức vật lý 11 chương dòng điện trong các môi trường.
Đây là một bài viết trong chuỗi bài viết Tổng hợp kiến thức vật lý 11 của nhà Kiến. Chúng mình mong muốn rằng chuỗi bài viết này có thể tóm gọn và chọn lọc ra những kiến thức cần thiết nhất cho bạn đọc nhưng bên cạnh đó cũng rất đầy đủ để các bạn có thể hiểu hết các hiện tượng vật lý, những lý thuyết cơ bản nhất để giúp các bạn trong việc học tập và nghiên cứu.
Riêng bài viết này, chúng mình sẽ tập trung vào các dòng điện trong các môi trường xung quanh chúng ta mà chúng ta có thể gặp phải. Một phần lý thuyết và ứng dụng cũng cực kì quan trọng trong những bài kiểm tra và bài thi có thể tập trung vào.
Nào bây giờ chúng ta cùng tìm hiểu nhé!
1. Dòng điện trong kim loại:
Bản chất dòng điện trong kim loại sẽ là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều điện trường.
Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ: ρ = ρ0[1 + α[t – t0]].
α: hệ số nhiệt điện trở [K-1].
ρ0 : điện trở suất của vật liệu tại nhiệt độ t0.
Suất điện động của cặp nhiệt điện: E = αT[T1 – T2].
Trong đó T1 – T2 là hiệu nhiệt độ giữa 2 đầu: đầu nóng và đầu lạnh; αT là hệ số nhiệt điện động.
Hiện tượng siêu dẫn: Là hiện tượng điện trở suất của vật liệu sẽ giảm đi đột ngột xuống bằng 0 khi khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn một lượng giá trị Tc nhất định. Giá trị này phụ thuộc vào bản thân vật liệu.
2. Dòng điện trong chất điện phân:
Trong dung dịch, các muối, bazơ, axit bị phân li thành ion. Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion ở trong điện trường theo hai hướng ngược nhau.
Hiện tượng gốc axit trong dung dịch điện phân sẽ tác dụng với cực dương tạo thành chất điện phân tan trong dung dịch và làm cực dương đi gọi là hiện tượng dương cực tan.
Nội dung các định luật Faraday:
+ Định luật 1: Khối lượng chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân sẽ 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 gam A/n của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là 1/F , trong đó F ở đây gọi là số Faraday.
Biểu thức kết hợp nội dung hai định luật:
3. Dòng điện trong chất khí:
Trong điều kiện thường chất khí sẽ không dẫn điện. Chất khí chỉ dẫn điện khi trong lòng ở đó có sự ion hóa các phân tử.
Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion âm, ion dương và các electron do chất khí bị ion hóa sinh ra.
Khi dùng nguồn điện gây hiệu điện thế lớn thì sẽ xuất hiện hiện tượng nhân hạt tải điện trong lòng chất khí.
Quá trình phóng điện vẫn tiếp tục được duy 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 catot để nó phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.
4. Dòng điện trong chân không:
Là dòng chuyển động ngược chiều điện trường của các electron được bứt ra từ điện cực.
Diot chân không chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều, nó gọi là đặc tín chỉnh lưu.
Dòng electron được tăng tốc sau đó đổi hướng bằng điện trường và từ trường và nó được ứng dụng ở đèn hình tia catot [CRT].
5. Dòng điện trong chất bán dẫn:
Một số chất ở phân nhóm chính nhóm 4 như Si, Ge trong những điều kiện khác nhau có thể dẫn điện hoặc không dẫn điện, gọi là bán dẫn.
Bán dẫn dẫn điện hằng hai loại hạt tải sẽ là electron và lỗ trống.
Ở bán dẫn tinh khiết, mật độ electron sẽ bằng mật độ lỗ trống. Ở bán dẫn loại p, mật độ lỗ trống sẽ rất lớn hơn mật độ electron. Ở bán dẫn loại n, mật độ electron sẽ rất lớn hơn mật độ lỗ trống.
Lớp tiếp xúc n – p có đặc điểm cho dòng điện đi theo một chiều từ p sang n.
Đây gọi là đặc tính chỉnh lưu. Đặc tính này được dùng để chế tạo diot bán dẫn.
Bán dẫn còn được dùng chế tạo transistor và có đặc tính khuếch đại dòng điện.
Vậy là chúng ta đã cùng nhau bước qua bài viết tổng hợp kiến thức vật lý 11 chương dòng điện trong các môi trường. Các bạn cảm thấy chúng thật thú vị phải không nào?
Thời gian đi học của chúng ta thì có hạn nên đôi khi chúng ta sẽ vô tình lướt qua những kiến thức thú vị này bởi kiến thức của nhân loại là vô tận. Trải qua thời gian, kho báu vô tận ấy vẫn tiếp tục được rộng mở, trong đó có những kiến thức cực kỳ thú vị nhưng rất ít người có thể nắm được nhé.
Hẹn gặp lại mọi người vào các bài viết tổng hợp kiến thức vật lý 11 tiếp theo nha!
Dòng điện trong kim loại là một kiến thức vật lý cơ bản và quan trọng trong chương trình phổ thông. Đồng thời, đây cũng là một hiện tượng có tính ứng dụng cao trong đời sống. Nhất là trong thời điểm khoa học – công nghệ phát triển rực rỡ như hiện nay. Trong số mới nhất ngày hôm nay, hãy cùng tìm hiểu về dòng điện trong kim loại là gì và ứng dụng của hiện tượng này nhé!
Xem thêm: Công thức và định luật faraday về cảm ứng điện từ
Dòng điện trong kim loại là gì? Dòng điện trong kim loại được hiểu là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới những tác động của điện trường. Nói một cách đơn giản thì khi có sự chênh lệch về điện thế giữa hai đầu nghịch nhau của kim loại sẽ tạo ra các dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do bên trong thanh kim loại. Đây cũng chính là điều kiện có dòng điện trong kim loại mà chúng ta đang tìm hiểu.
Ngoài ra, hệ số của nhiệt điện trở hoàn toàn không phụ thuộc vào yếu tố nhiệt độ. Điều này được quyết định dựa trên độ sạch của kim loại và cơ chế gia công của vật liệu đó. Các nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ giảm có khả năng kéo theo điện trở suất của kim loại giảm mạnh.
Bản chất của dòng điện trong kim loại là những thông tin quan trọng để ứng dụng những lý thuyết này vào thực nghiệm và đời sống. Những tính chất ấy được thể hiện như sau:
Xem thêm: Hiện tượng quang điện là gì? L.T Hiện tượng quang điện trong và ngoài
- Trong kim loại, khi bị mất electron, các nguyên tử nhanh chóng biến đổi thành những ion mang điện dương. Các ion dương sẽ kết hợp lại với nhau thành một mạng lưới tinh thể, có trật tự bên trong kim loại. Sự chuyển động của các ion càng mạnh cho thấy mạng lưới tinh thể dần trở nên mất trật tự.
- Những electron có hóa trị có xu hướng tách khỏi nguyên tử ban đầu. Đồng thời biến thành những electron với mật độ n không thay đổi. Các electron này liên tục chuyển động hỗn loạn, không theo một trật tự nào để tạo ra những khối khí electron tự do. Đồng thời không sinh ra bất kỳ dòng điện nào trong toàn bộ thể tích của khối vật liệu kim loại.
- Điện trường được tạo ra bởi nguồn điện. Khối khí electron được đẩy ngược theo chiều của điện trường. Từ đó sinh ra dòng điện trong kim loại.
- Nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại chính là sự mất trật tự của mạng lưới các tinh thể, đồng thời cản trở sự chuyển động của những electron tự do. Điện trở rất nhạy cảm với một số yếu tố, chẳng hạn như sự biến [méo] dạng tinh thể do cơ học, xuất hiện nguyên tử lạ lẫn trong kim loại và quá trình chuyển động nhiệt của các ion trong mạng lưới tinh thể.
- Theo thuyết electron về tính chất dẫn điện của các vật liệu kim loại. Những hạt có khả năng tải điện trong kim loại là electron tự do. Mất độ cao những hạt electron tự do đem đến khả năng dẫn điện cực tốt cho kim loại. Thuyết này cũng đề cập đến các tính chất khác của dòng điện trong kim loại.
Sự phụ thuộc của điện trở suất theo nhiệt độ
Xem thêm: Dòng điện trong chất bán dẫn là gì? Bản chất và ứng dụng
Thí nghiệm dòng điện trong kim loại cho thấy, điện trở suất p của kim loại tăng lên theo nhiệt độ và gần tương đương với hàm bậc nhất. Ta có:
ρ = ρ0 [1 + ∝[t – t0]]
Trong đó:
ρ là điện trở suất khi nằm ở nhiệt độ t độ C
ρ0 là điện trở suất khi ở nhiệt độ t0 độ C
∝ là hệ số của điện trở với K-1
- Điện trở suất của kim loại giảm liên tục khi nhiệt độ giảm. Khi đến gần hơn với 0 độ K, điện trở của kim loại sạch thực chất đều rất nhỏ.
- Đối với một số kim loại và hợp kim, điện trở suất có xu hướng đột ngột giảm xuống bằng 0 khi nhiệt độ xuống thấp hơn so với nhiệt độ tới hạn là Tc. Các nhà khoa học nhận định, các loại vật liệu đó đã chuyển sang một trạng thái khác có tên là siêu dẫn.
- Hiện tượng siêu dẫn có rất nhiều ứng dụng. Những cuộn siêu dẫn được sử dụng nhiều trong lĩnh vực máy móc, công nghệ nhờ khả năng tạo ra từ trường cực mạnh. Nếu vật liệu siêu dẫn được sử dụng để tải điện thì những tổn thất năng lượng trên đường dây sẽ không còn nữa.
Trên đây là bài viết của chúng tôi về dòng điện trong kim loại là gì. Cảm ơn các bạn đã theo dõi! Chúc các bạn một ngày tốt lành!