I, Lý thuyết
1,Tính chất điện của kim loại
- Kim loại là chất dẫn điện tốt, điện trở suất ρ của kim loại rất nhỏ.
- Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm : \[I=\frac{U}{R}\]
- Dòng điện chạy qua kim loại gây ra tác dụng nhiệt.
- Điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ : \[\rho ={{\rho }_{o}}\left[ 1+\alpha \left( t-{{t}_{o}} \right) \right]\]…
2, Bản chất dòng điện trong kim loại
Khi ta đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế, thì do chịu tác dụng của lực điện trường, các electron tự do chuyển động có hướng, ngược với chiều điện trường, nhưng vẫn chuyển động nhiệt hỗn loạn. Do đó, có sự dịch chuyển có hướng của các hạt tải điện, nghĩa là có dòng điện chạy trong kim loại.
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dịch có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường.
3, Suất nhiệt điện động
Hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau là hiện tượng nhiệt điện.
Dòng nhiệt điện được tạo ra bởi suất nhiệt điện động \[{{\varepsilon }_{n}}\] . Khi hiệu nhiệt độ \[{{T}_{1}}-{{T}_{2}}\] giữa hai mối hàn không lớn, ta có công thức thực nghiệm : \[\varepsilon ={{\alpha }_{T}}\left( {{T}_{1}}-{{T}_{2}} \right)\] với hệ số \[{{\alpha }_{T}}\] là hệ số nhiệt động phụ thuộc vào vật liệu làm cặp kim loại.
II, Các ví dụ minh họa
|
Ví dụ 1: Người ta cần một điện trở 100Ω bằng một dây nicrom có đường kính 0,4mm. Điện trở suất nicrom \[\rho ={{110.10}^{-8}}\Omega m\] Hỏi phải dùng một đoạn dây có chiều dài bao nhiêu. A. 8,9m B. 10,05m C. 11,4m D. 12,6m |
Hướng dẫn
Ta có: \[l=\frac{R.S}{\rho }=\frac{100.1,{{26.10}^{-7}}}{{{110.10}^{-8}}}=11,4m\]
Chọn đáp án C
|
Ví dụ 2: Một sợi dây đồng có điện trở 74Ω ở nhiệt độ \[{{50}^{o}}C\] . Điện trở của sợi dây đó ở \[{{100}^{o}}C\] là bao nhiêu biết \[\alpha =0,004{{K}^{-1}}\] A. 66Ω B. 76Ω C. 89Ω D. 96Ω |
Hướng dẫn
Ta có: \[R={{R}_{o}}(1+\alpha t)=74.(1+0,004.50)=88,8\Omega \]
Chọn đáp án C
|
Ví dụ 3: Một sợi dây đồng có điện trở 37Ω ở \[{{50}^{o}}C\]. Điện trở của dây đó ở \[{{t}^{o}}C\]là 43Ω . Biết \[\alpha =0,004{{K}^{-1}}\]. Nhiệt độ \[{{t}^{o}}C\]có giá trị: A.\[{{25}^{o}}C\] B.\[{{75}^{o}}C\] C.\[{{85}^{o}}C\] D.\[{{90}^{o}}C\] |
Hướng dẫn
Ta có: \[{{R}_{2}}={{R}_{1}}(1+\alpha ({{t}_{2}}-{{t}_{1}}))=37(1+0,004({{t}_{2}}-{{t}_{1}}))=43\Omega \to {{t}_{2}}=90,{{54}^{o}}C\]
Chọn đáp án D
|
Ví dụ 4: Một dây kim loại dài 1m, đường kính 1mm, có điện trở 4Ω. Tính chiều dài của một dây cùng chất đường kính 0,4mm khi dây này có điện trở 125Ω. A. 4m B. 5m C. 6m D. 7m |
Hướng dẫn
Ta có: \[\left\{ \begin{align}
& {{R}_{1}}=\frac{\rho {{l}_{1}}}{{{S}_{1}}} \\
& {{R}_{2}}=\frac{\rho {{l}_{2}}}{{{S}_{2}}} \\
\end{align} \right.\]
\[\to \frac{{{R}_{1}}}{{{R}_{2}}}=\frac{{{l}_{1}}}{{{S}_{1}}}.\frac{{{S}_{2}}}{{{l}_{2}}}=\frac{4}{125}=0,032\to {{l}_{2}}=5m\]
Chọn đáp án B
|
Ví dụ 5: Một dây kim loại dài 1m, tiết diện \[1,5m{{m}^{2}}\] có điện trở 0,3Ω . Tính điện trở của một dây cùng chất dài 0,4m, tiết diện \[0,5m{{m}^{2}}\]: A. 0,1Ω B. 0,25Ω C. 0,36Ω D. 0,4Ω |
Hướng dẫn
Ta có: \[\left\{ \begin{align}
& {{R}_{1}}=\frac{\rho {{l}_{1}}}{{{S}_{1}}} \\
& {{R}_{2}}=\frac{\rho {{l}_{2}}}{{{S}_{2}}} \\
\end{align} \right.\]
\[\to \frac{{{R}_{1}}}{{{R}_{2}}}=\frac{{{l}_{1}}}{{{S}_{1}}}.\frac{{{S}_{2}}}{{{l}_{2}}}=\frac{1}{0,4}.\frac{0,5}{1,5}=\frac{5}{6}\to {{R}_{2}}=\frac{{{R}_{1}}}{0,83}=0,36\Omega \]
Chọn đáp án C
|
Ví dụ 6: Một bóng đèn ở \[{{27}^{o}}C\] có điện trở 45Ω, ở \[{{2123}^{o}}C\] có điện trở 360Ω. Tính hệ số nhiệt điện trở của dây tóc bóng đèn: A.\[0,0033{{K}^{-1}}\] B.\[0,00185{{K}^{-1}}\] C.\[0,016{{K}^{-1}}\] D.\[0,012{{K}^{-1}}\] |
Hướng dẫn
Ta có: \[{{R}_{2}}={{R}_{1}}(1+\alpha ({{t}_{2}}-{{t}_{1}}))\to \alpha =\frac{{{R}_{2}}}{{{R}_{1}}({{t}_{2}}-{{t}_{1}})}-\frac{1}{{{t}_{2}}-{{t}_{1}}}=\frac{7}{2096}=0,0033{{K}^{-1}}\]
Chọn đáp án A
|
Ví dụ 7: Một cặp nhiệt điện sắt – constantan có hệ số nhiệt điện động là 52 µV/K. Người ta nhúng hai mối hàn của cặp nhiệt điện này vào hai chất lỏng có nhiệt độ tương ứng là \[-{{2}^{o}}C\]và \[{{78}^{o}}C\] . Suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện này bằng A. 52,76 mV. B. 41, 60 mV. C. 39,52 mV. D. 4,16 mV. |
Hướng dẫn
Ta có suất điện động nhiệt điện là: \[\varepsilon ={{\alpha }_{T}}\left( {{T}_{1}}-{{T}_{2}} \right)={{52.10}^{-6}}.(78+2)=4,{{16.10}^{-3}}V\]
Chọn đáp án D
|
Ví dụ 8: Dùng cặp nhiệt điện đồng – constantan có hệ số nhiệt điện động là 42,5 µV/K nối với milivôn kế để đo nhiệt độ nóng chảy của thiếc. Đặt mối hàn thứ nhất của cặp nhiệt điện này trong nước đá đang tan và nhúng mối hàn thứ hai thứ hai của nó vào thiếc đang chảy lỏng, khi đó milivôn kế chỉ 10,03 mV. Nhiệt độ nóng chảy của thiếc là A. 709 K. B. 609 K. C. 509 K. D. 409 K. |
Hướng dẫn
Ta có: \[\varepsilon ={{\alpha }_{T}}\left( {{T}_{1}}-{{T}_{2}} \right)\to {{T}_{2}}={{T}_{1}}+\frac{\varepsilon }{{{\alpha }_{T}}}=237+\frac{10,{{03.10}^{-3}}}{42,{{5.10}^{-6}}}=509K\]
Chọn đáp án C
|
Ví dụ 9: Khi nhúng một đầu của cặp nhiệt điện vào nước đá đang tan, đầu kia vào nước đang sôi thì suất nhiệt điện của cặp là 0,860 mV. Hệ số nhiệt điện động của cặp này là A. 6,8 µV/K. B. 8,6 µV/K. C. 6,8 V/K. D. 8,6 V/K. |
Hướng dẫn
Ta có: \[\varepsilon ={{\alpha }_{T}}\left( {{T}_{2}}-{{T}_{1}} \right)\to {{\alpha }_{T}}=\frac{\varepsilon }{{{T}_{2}}-{{T}_{1}}}=8,{{6.10}^{-6}}V/K\]
Chọn đáp án D
|
Ví dụ 10: Một bóng đèn dây tóc loại 220 V – 100 W khi sáng bình thường ở nhiệt độ dây tóc là \[{{2000}^{o}}C\]. Biết dây tóc bóng đèn làm bằng vônfram có hệ số nhiệt điện trở \[\alpha =4,{{5.10}^{-3}}{{K}^{-1}}\] . Điện trở của dây tóc bóng đèn khi không thắp sáng ở \[{{20}^{o}}C\]là: A. 480 \[\Omega \]. B. 84,8 \[\Omega \]. C. 48,8 \[\Omega \]. D. 88 \[\Omega \]. |
Hướng dẫn
Ta có điện trở dây tóc bóng đèn khi sáng bình thường là: \[R=\frac{{{U}^{2}}}{P}=484\Omega \]
Điện trở dây tóc bóng đèn ở \[{{20}^{o}}C\]là \[{{R}_{o}}=\frac{R}{1+\alpha (t-{{t}_{o}})}=48,8\Omega \]
Chọn đáp án C
III, Bài tập tự luyện
Câu 1: Phát biểu nào sau đây là sai?
A. Dòng điện trong dây dẫn kim loại có tác dụng nhiệt.
B. Hạt tải điện trong kim loại là các ion.
C. Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do.
D. Điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng.
Câu 2: Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng mà khi ta hạ nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ \[{{T}_{C}}\]nào đó thì điện trở của kim loại (hay hợp kim)
A. tăng đến vô cực.
B. giảm đến một giá trị khác không.
C. giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
D. không thay đổi.
Câu 3: Nguyên nhân gây ra điện trở của vật dẫn làm bằng kim loại là
A. do các electron va chạm với các ion dương ở nút mạng.
B. do các electron dịch chuyển quá chậm.
C. do các ion dương va chạm với nhau.
D. do các nguyên tử kim loại va chạm mạnh với nhau
Câu 4: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của
A. các ion dương cùng chiều điện trường.
B. các ion âm ngược chiều điện trường.
C. các electron tự do ngược chiều điện trường.
D. các prôtôn cùng chiều điện trường.
Câu 5: Suất nhiệt điện động phụ thuộc vào
A. Nhiệt độ mối hàn
B. Độ chênh lệch nhiệt độ mối hàn
C. Độ chênh lệch nhiệt độ mối hàn và bản chất hai kim loại
D. Nhiệt độ mối hàn và bản chất hai kim loại
Câu 6: Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động \[{{\alpha }_{T}}\] được đặt trong không khí ở \[{{20}^{o}}C\], còn mối hàn kia được nung nóng đến \[{{500}^{o}}C\], suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện khi đó là 6 mV. Hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện đó là
A.\[{{125.10}^{-6}}V/K\] B.\[{{25.10}^{-6}}V/K\] C.\[{{125.10}^{-7}}V/K\] D.\[6,{{25.10}^{-7}}V/K\]
Câu 7: Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt nhiệt điện động \[{{\alpha }_{T}}=65\mu V/K\]đặt trong không khí ở \[{{20}^{o}}C\] mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ \[{{232}^{o}}C\]. Suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện khi đó là
A. 13,00 mV. B. 13,58 mV. C. 13,98 mV. D. 13,78 mV.
Câu 8: Một thanh kim loại có điện trở 10 \[\Omega \] khi ở nhiệt độ\[{{20}^{o}}C\] , khi nhiệt độ là \[{{100}^{o}}C\] thì điện trở của nó là 12 \[\Omega \]. Hệ số nhiệt điện trở của kim loại đó là
A.\[2,{{5.10}^{-3}}{{K}^{-1}}\] B.\[{{2.10}^{-3}}{{K}^{-1}}\] C.\[{{5.10}^{-3}}{{K}^{-1}}\] D.\[{{10}^{-3}}{{K}^{-1}}\]
Câu 9: Một sợi dây đồng có điện trở 50 \[\Omega \] ở \[{{20}^{o}}C\]. Hệ số nhiết điện trở của đồng là \[\alpha =4,{{3.10}^{-3}}{{K}^{-1}}\]. Điện trở của sợi dây đồng đó ở \[{{40}^{o}}C\]là
A. 54,3 \[\Omega \]. B. 45,3 \[\Omega \]. C. 64,3 \[\Omega \]. D. 74,1 \[\Omega \].
Câu 10: Một dây bạch kim ở \[{{20}^{o}}C\]có điện trở suất \[{{\rho }_{o}}=10,{{6.10}^{-8}}\Omega m\] Biết hệ số nhiệt điện trở của bạch kim là \[\alpha =3,{{9.10}^{-3}}{{K}^{-1}}\]. Điện trở suất \[\rho \] của dây dẫn này ở \[{{500}^{o}}C\]là
A.\[\rho =31,{{27.10}^{-8}}\Omega m\]
B.\[\rho =20,{{67.10}^{-8}}\Omega m\]
C.\[\rho =30,{{44.10}^{-8}}\Omega m\]
D.\[\rho =34,{{28.10}^{-8}}\Omega m\]
Đáp án
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
B |
C |
A |
C |
C |
C |
D |
A |
A |
C |
