DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
TÓM TẮT LÝ THUYẾT
Yêu cầu:
- Nắm và giải thích được các tính chất điện trong kim loại.
- Nắm được hiện tượng nhiệt điện, hiện tượng siêu dẫn.
- Vận dụng được các công thức dòng điện trong kim loại.
Nội dung:
· Các tính chất điện trong kim loại:
1. Kim loại là chất dẫn điện tốt.
2. Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm.
3. Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt.
4. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ.
· Giải thích các tính chất điện trong kim loại:
1. Mật độ hạt tải điện (electron tự do) trong kim loại rất lớn (~ 1028 m-3) nên kim loại dẫn điện tốt.
2. Sự mất trật tự của mạng tinh thể kim loại đã cản trở chuyển động có hướng của các điện tử tự do. Đó là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại:
Trong đó, l và S lần lượt là chiều dài và tiết diện của dây kim loại.
là điện trở suất của kim loại; σ là điện dẫn suất.
3. Khi có dòng điện tức là các điện tử tự do chuyển động thành dòng trong kim loại. Khi chuyển động dòng, các điện tử này va chạm với mạng tinh thể chuyển một phần động năng thành năng lượng dao động của mạng tinh thể chính là nhiệt năng. Vì vậy, dây kim loại nóng lên khi có dòng điện chạy qua.
4. Khi nhiệt độ tăng, các nút mạng dao động càng mạnh, do đó càng cản trở chuyển động dòng của điện tử. Vì vậy, khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng:
5. Hiện tượng nhiệt điện: là hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín gồm 2 vật dẫn khác nhau khi giữ 2 mối hàn ở 2 nhiệt độ khác nhau.
Suất điện động nhiệt điện:
Trong đó, 
là hệ số nhiệt điện động (đơn vị: μV/K).
Ứng dụng: nhiệt điện kế, pin nhiệt điện…
6. Hiện tượng siêu dẫn: là hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ Tc nào đó, điện trở của kim loại giảm đột ngột đến giá trị bằng 0.
BÀI TẬP MINH HỌA
Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số αT = 65 μV/K được đặt trong không khí ở 20oC, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 232oC. Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện khi đó bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Suất điện động nhiệt điện là:
ĐS: 13,78 mV
-
(1)
Khi nhiệt độ của dây kim loại tăng, điện trở của nó sẽ
Tăng lên
Giảm đi
Ban đầu tăng lên theo nhiệt độ nhưng sau đó lại giảm dần
Không thay đổi
-
(2)
Nguyên nhân gây ra hiện tượng toả nhiệt trong dây dẫn khi có dòng điện chạy qua là:
Do năng lượng dao động của ion (+) truyền cho eclectron khi va chạm.
Do năng lượng của chuyển động có hướng của electron truyền cho ion(+) khi va chạm
Do năng lượng của chuyển động có hướng của electron truyền cho ion (-) khi va chạm.
-
(3)
Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại là:
Do sự va chạm của các electron với nhau.
Do sự va chạm của các electron với các ion (+) ở các nút mạng.
Cả B và C đúng
Do sự va chạm của các ion (+) ở các nút mạng với nhau.
-
(4)
Phát biểu nào sau đây là không đúng?
Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm nếu nhiệt độ trong kim loại được giữ không đổi
Hạt tải điện trong kim loại là electron
Hạt tải điện trong kim loại là iôn dương và iôn âm
Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt
-
(5)
Phát biểu nào sau đây là đúng? Khi cho hai thanh kim loại có bản chất khác nhau tiếp xúc với nhau thì:
Có sự khuếch tán eletron từ kim loại có mật độ electron lớn sang kim loại có mật độ electron nhỏ hơn.
Có sự khuếch tán iôn từ kim loại này sang kim loại kia.
Không có hiện tượng gì xảy ra.
Có sự khuếch tán electron từ chất có nhiều electron hơn sang chất có ít electron hơn
-
(6)
Hai thanh kim loại được nối với nhau bởi hai đầu mối hàn tạo thành một mạch kín, hiện tượng nhiệt điện phát hiện được khi nào?
Hai thanh kim loại có bản chất khác nhau và nhiệt độ ở hai đầu mối hàn bằng nhau
Hai thanh kim loại có bản chất giống nhau và nhiệt độ ở hai đầu mối hàn bằng nhau
Hai thanh kim loại có bản chất khác nhau và nhiệt độ ở hai đầu mối hàn khác nhau.
Hai thanh kim loại có bản chất giống nhau và nhiệt độ ở hai đầu mối hàn khác nhau.
-
(7)
Suất điện động nhiệt điện phụ thuộc vào
Khoảng cách giữa hai mối hàn
Hiệu nhiệt độ (T1 – T2) giữa hai đầu mối hàn và bản chất hai loại kim loại được sử dụng.
Hệ số nở dài vì nhiệt
Điện trở của các mối hàn.
-
(8)
Phát biểu nào sau đây là không đúng?
Suất điện động nhiệt điện E xấp xỉ tỉ lệ với hiệu nhiệt độ (T1 – T2) giữa hai đầu mối hàn của cặp nhiệt điện.
Nguyên nhân gây ra suất điện động nhiệt điện là do chuyển động nhiệt của các hạt tải điện trong mạch điện có nhiệt độ không đồng nhất.
Suất điện động nhiệt điện E tỉ lệ nghịch với hiệu nhiệt độ (T1 – T2) giữa hai đầu mối hàn của cặp nhiệt điện.
Cặp nhiệt điện gồm hai dây dẫn điện có bản chất khác nhau hàn nối với nhau thành một mạch kín và hai mối hàn của nó được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau.
-
(9)
Phát biểu nào sau đây là không đúng?
Đối với vật liệu siêu dẫn, để có dòng điện chạy trong mạch ta luôn phải duy trì một hiệu điện thế trong mạch.
Đối với vật liệu siêu dẫn, năng lượng hao phí do toả nhiệt bằng không
Đối với vật liệu siêu dẫn, có khả năng tự duy trì dòng điện trong mạch sau khi ngắt bỏ nguồn điện.
Điện trở của vật siêu dẫn bằng không khi nhiệt độ dưới một giá trị xác định nào đó.
-
(10)
Pin nhiệt điện gồm
hai dây kim loại khác nhau hàn hai đầu với nhau, có một đầu mối hàn
được nung nónghai dây kim loại khác nhau hàn với nhau, có một đầu được nung nóng
hai dây kim loại hàn với nhau, có một đầu được nung nóng
hai dây kim loại khác nhau hàn hai đầu với nhau, có một đầu được nung
nóng -
(11)
Suất nhiệt điện động phụ thuộc vào
Độ chênh lệch nhiệt độ mối hàn và bản chất hai kim loại
Nhiệt độ mối hàn và bản chất hai kim loại
Nhiệt độ mối hàn
Độ chênh lệch nhiệt độ mối hàn
-
(12)
Hiện tượng siêu dẫn là
Khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó thì điện trở của kim loại tăng đột
ngột đến giá trị khác khôngKhi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó thì điện trở của kim loại giảm
đột ngột đến giá trị bằng khôngKhi nhiệt độ tăng tới dưới nhiệt độ TC nào đó thì điện trở của kim loại giảm đột
ngột đến giá trị bằng khôngKhi nhiệt độ tăng tới nhiệt độ TC nào đó thì điện trở của kim loại giảm đột ngột
đến giá trị bằng không -
(13)
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của:
các electron,lỗ trống theo chiều điện trường.
các ion âm, electron tự do ngược chiều điện trường
các electron tự do ngược chiều điện trường
các ion, electron trong điện trường
-
(14)
Đơn vị điện dẫn suất σ là:
vôn(V)
ôm(Ω)
(Ω.m)-1
ôm.mét(Ω.m)
-
(15)
Để xác định được sự biến đổi của điện trở theo nhiệt độ ta cần các dụng cụ:
Vôn kê, ampe kế, đồng hồ đo thời gian
Vôn kế, ampe kế, cặp nhiệt độ
Ôm kế và đồng hồ đo thời gian
Vôn kê, cặp nhiệt độ, đồng hồ đo thời gian
-
(16)
Một sợi dây đồng có điện trở 74W ở 500 C, có hệ số nhiệt điện trở α = 4,1.10-3K-1. Điện trở của sợi dây đó ở 1000 C là:
82W
95W
86,6W
89,2W
-
(17)
Một sợi dây bằng nhôm có điện trở 120W ở nhiệt độ 200C, điện trở của sợi dây đó ở 1790C là 204W. Hệ số nhiệt điện trở của nhôm là:
4,0.10-3K-1
4,4.10-3K-1
4,8.10-3K-1
4,1.10-3K-1
-
(18)
Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động αT = 65 (mV/K) được đặt trong không khí ở 200C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 2320C. Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt khi đó là
13,00mV
14,08mV
12,10mV
13,78mV
-
(19)
Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động αT = 48 (mV/K) được đặt trong không khí ở 200C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ t0C, suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt khi đó là ξ = 6 (mV). Nhiệt độ của mối hàn còn là:
3150C
1250C
1450C
450C
-
(20)
Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động αT được đặt trong không khí ở 200C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 5000C, suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt khi đó là ξ = 6 (mV). Hệ số αT khi đó là:
1,25.10-4 (V/K)
1,25 (mV/K)
12,5 (mV/K)
1,25(mV/K)
-
(21)
Một dây kim loại dài 1m, tiết diện 1,5mm2 có điện trở 0,3Ω. Tính điện
trở của một dây cùng chất dài 4m, tiết diện 0,5mm20,1Ω
0,3Ω
0,4Ω
0,6Ω
-
(22)
Một bóng đèn 220V-100W khi sáng bình thường thì nhiệt độ của dây tóc là: 2000oC. Xác định điện trở của đèn khi thắp sáng và khi không thắp sáng, biết nhiệt độ của môi trường là 200C và dây tóc đèn làm bằng Vonfram. Biết α = 4,5.10-3(K-1).
484Ω; 48,8Ω
48Ω; 48,8Ω
484Ω; 488Ω
48,4Ω; 488Ω
-
(23)
Khối lượng mol của đồng là: 64.10-3kg/mol. Khối lượng riêng của đồng là 8,9.103kg/m3. Biết rằng mỗi nguyên tử đồng đóng góp một e dẫn. Mật độ e tự do trong đồng là:
8,38.1023.m-3
8,38.1028.m-3
8,38.1025.m-3
8,38.1020.m-3
-
(24)
Người ta cần một điện trở 100Ω bằng một dây nicrom có đường kính
0,4mm. Điện trở suất nicrom ρ = 110.10-8 Ωm. Hỏi phải dùng một đoạn dây có
chiều dài bao nhiêu:18,4 m
4 m
11,4 m
14 m
-
(25)
Để mắc đường dây tải điện từ địa điểm A tới B cần dùng hết 1000kg dây đồng. Muốn thay dây đồng bằng dây nhôm mà vẫn đảm bảo chất lượng dẫn điện thì ít nhất phải dùng bao nhiêu kg nhôm? Cho biết khối lượng riêng của đồng là: 8900kg/m3, của nhôm là: 2700kg/m3. Biết điện trở suất của nhôm và đồng lần lượt là:
500 kg
50 kg
486 kg
48,6 kg