Giải bài tập Vật lý 11 Bài 13: Dòng điện trong kim loại

  • Bài 13: Dòng điện trong kim loại trang 1
  • Bài 13: Dòng điện trong kim loại trang 2
  • Bài 13: Dòng điện trong kim loại trang 3
Chương III: DÒNG DIỆN TRONG céc MÔI TRƯỜNG
§13. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
A/ KIẾN THỨC Cơ BẲN
Bản châì của 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.
Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ:
p = p0[l + a (t - to)] trong đó: Po là điện trở suất ở to°c
a là hệ số nhiệt điện trở (K_1)
Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng.
Cặp nhiệt điện là hai dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn T1; T2 khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện s = 0ít(Ti - T2) với ctT là hệ số nhiệt điện động.
B/ CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC
Cp Vì sao người ta chọn dây bạch kim để làm nhiệt kế điện trở dùng trong công nghiệp? C2. Vì sao dòng điện chạy trong cuộn dây siêu dẫn không có nguồn điện lại có thế’ duy trì
lâu dài? Có thế’ dùng dòng điện ấy làm cho dộng cơ chạy mài được không?
tluóng dẩn giải
Cp Người ta dùng dây bạch kim để làm nhiệt kế điện trở dùng trong công nghiệp vì điện trở của dây này được xác định chính xác ở các nhiệt độ khác nhau. Vì thế khi ta đặt dây đó vào khu vực cần đo nhiệt độ chỉ cần biết được điện trở dây là biết được nhiệt độ.
c2. Dòng điện chạy trong dây siêu dẫn không có nguồn điện lại có thể duy trì lâu dài vì điện trở của dây siêu dẫn bằng không nện không có sự mất mát năng lượng do tỏa nhiệt trên dây dẫn.
Không thể dùng dòng điện ấy để làm cho động cơ chạy mãi vì vẫn có hao phí năng lượng trên động cơ.
c/ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SAU BÀI HỌC
Hạt tải điện trong kim loại là những loại electron nào? Mật độ cúa chúng vào cỡ nào?
Vì sao điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng?
Điện trở của kim loại thường và siêu dẫn khác nhau như thế nào?
Do đâu mà trong cặp nhiệt điện có suât điện động?
Ở bài tập 5 và 6 dưới đây, phát biếu nào là chính xác?
Các kim loại đều:
dẫn diện tô't. có điện trở suâ't không thay đoi.
dần điện tô't, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ
c. dẫn điện tô’t như nhau, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ D. dẫn điện tô't, có điện trơ suất thay đổ'i theo nhiệt độ giông nhau.
Hạt tái điện trong kim loại là:
các electron cúa nguyên tử.
electron ở lớp trong cùng cùa nguyên tứ.
c. các electron hóa trị đã bay tự do ra khói tinh thể.
D. các electron hóa trị chuyến động tự do trong mạng tinh thế’.
Một bóng đèn 220V-100W khi sáng binh thường thì nhiệt độ của dây tóc bóng đèn là 2000°C. Xác định điện trớ cua đèn khi thắp sáng và khi không thắp sáng, biết rằng nhiệt độ môi trường là 20"C và đây tóc đèn làm bằng vônfam.
Khôi lượng mol nguyên tứ cùa đồng là 64.10 3 kg/mol. Biết rằng mỗi nguyên tử đồng đóng
góp một electron dẫn.
Tính mật độ electron tự do trong đồng.
bJ Một dây tải điện bàng đồng, tiết diện 10mm2, mang dòng điện 10A. Tính tốc độ trôi của electron dẫn trong dây dẫn đó.
Đế’ mác đường dây tái điện từ địa điếm A đến địa điểm B, ta cần 1000kg dây đồng. Muôn thay dây đồng bằng dây nhóm mà vần đảm bảo chất lượng truyền điện, ít nhất phải dùng bao nhiêu kilôgam dây nhôm? Cho biết khôi lượng riêng của đồng là 8900 kg/m3, của nhôm là 2700 kg/m3.
Hướng dẫn giải
Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do. Mật độ của chúng rất cao.
Khi nhiệt dộ tăng, chuyển động cùa các ion trong mạng tinh thể tăng, sự cản trở chuyển động của electron nhiều nên điện trở của kim loại tăng.
Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại thường sẽ giảm đều theo hàm bậc nhât đỗì với nhiệt độ: p - Po [1 + a(t - to)J.
Còn đỗì với chất siêu dẫn thì khi nhiệt độ giảm xuống thấp hơn nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suâ't đột ngột giảm xuống bằng không.
Khi một sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh thì electron tự do sẽ chuyển từ đầu nóng về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện ầm, giữa hai đầu có một hiệu điện thế. Nếu lấy hai dây kim loại khác loại nhau và hàn hai đầu với nhau, giữ nhiệt độ ở hai mốì hàn khác nhau thì hiệu điện thế giữa hai đầu của từng dây khác nhau nên trong mạch có suất điện động.
Ro = -	 = 48,84 (Q)
l + cc(t-t0) 1 + 4,5.10 3(2000-20)
Số electron tự do trong lmol đồng: ne = NA = 6,02.10'3 hạt.
Thể tích lmol đồng: V = ^ =	— 7.19.10'6 (m3)
Đ 8,9.103
Mật độ electron tự do trong đồng:
n = ^ =	= 8,37.1028 (m-3)
V 7,19.10 6
Chiều dài dây đồng.
, V 7,19.10'6 nr„n' l = — =	B = 0,719 m)
s 10.10-6
Thời gian electron chạy qua.
= 9632 (s)
I I	10
Tỗc độ trôi của electron dẫn:
l	7,19.10 1 „ „ -,rt-5 , , ,
t 9632
9. Điện trở dây đồng.
R M = pZ =	(VI s.z = V và V = ^)
q ne.e 6,02.1023.l,6.10 19 I
m,,
Điện trở dây nhôm.
Rn =
P„.Z2.D„
r n	11
Ill.,
Để chất lượng truyền điện như nhau thì: R(1 = Rn
Pđl2-Dd _ pj2.p„
m,
= p„.D„.md = 2,75.10 8.27OO.1OOO = pd.Dd	1,69.10 8.8900