Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 78 sgk Vật Lí 11

Hướng dẫn giải Bài 13. Dòng điện trong kim loại sgk Vật Lí 11. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 78 sgk Vật Lí 11 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 11, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.


LÍ THUYẾT

I – Bản chất của dòng điện trong kim loại

1. Trong kim loại, các nguyên tử bị mất êlectron hoá trị trở thành các ion dương.

– Các ion dương liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.

– Chuyển động nhiệt của các ion càng mạnh, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự

2. Các êlectron hoá trị tách khỏi nguyên tử, trở thành các êlectron tự do với mật độ n không đổi (n = hằng số). Chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí êlectron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào

3. Điện trường E do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí êlectron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện

4. Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của êlectron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở kim loại. Các loại mất trật tự thường gặp là chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể, sự méo mạng tinh thể do biến dạng cơ học và các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại. Điện trở của kim loại rất nhạy cảm với các yểu tố trên.

Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại cho thấy hạt tải điện trong kim loại là êlectron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt. Nhiều tính chất khác của dòng điện trong kim loại cũng có thể suy ra từ thuyết này.

Vậy, dòng điện trong kim loại là chuyển dời có hướng của các êlectron tự do dưới tác dụng của điện trường

II – Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

Thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất p của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:

\(\rho = {\rho _0}\left[ {1 + \alpha \left( {t – {t_0}} \right)} \right]\)

Trong đó:

+ ρ0 là điện trở suất ở nhiệt độ t0oC (thường ở 20oC)

+ ρ là điện trở suất ở nhiệt độ toC

+ α là hệ số nhiệt điện trở (K-1)

– Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.

III – Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp

– Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0oK điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

– Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

– Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:

+ Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

+ Dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.

IV – Hiện tượng nhiệt điện

– Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại còn cho thấy, nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một phần êlectron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm.

– Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế nào đấy. Nếu lấy hai dây kim loại khác loại nhau và hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữa ở nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế ở đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, khiến trong mạch có một suất điện động ξ. ξ được gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu và nhau gọi là cặp nhiệt điện:

ξ = αt(T1 – T2)

Trong đó:

+ T1 – T2 là hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh

+ αt là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.

– Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.


CÂU HỎI (C)

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 75 Vật Lý 11

Vì sao người ta chọn dây bạch kim để làm nhiệt kế điện trở dùng trong công nghiệp?

Trả lời:

Nhiệt kế điện trở dùng trong công nghiệp là một thiết bị xác định nhiệt độ của vật dựa vào sự thay đổi điện trở của nó theo nhiệt độ. Do vậy để là một nhiệt kế điện trở có độ chính xác cao, ta phải dùng các vật liệu có hệ số nhiệt điện trở ∝ thay đổi mạnh và tuyến tính theo nhiệt độ và có nhiệt độ nóng chảy cao. Bạch kim là vật liệu đáp ứng tốt yêu cầu trên.


2. Trả lời câu hỏi C2 trang 76 Vật Lý 11

Vì sao dòng điện chạy trong cuộn dây siêu dẫn không có nguồn điện lại có thể duy trì lâu dài ? Có thể dùng dòng điện ấy làm cho động cơ chạy mãi được không?

Trả lời:

– Các vật liệu siêu dẫn là các kim loại khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng không.

– Dòng điện chạy trong cuộn dây siêu dẫn không có nguồn điện có thể duy trì lâu dài vì không bị mất mát năng lượng do tỏa nhiệt.

– Về nguyên tắc, có thể dùng dòng điện ấy làm cho động cơ chạy mãi. Nhưng thực tế, không thể tạo được vật liệu có điện trở hoàn toàn bằng không. Mặt khác trong động cơ ngoài việc mất mát năng lượng do tỏa nhiệt còn có sự mất mát năng lượng dưới các dạng khác như bức xạ điện từ hay dòng Fu-cô…..Vì vậy. không thể dùng dòng điện ấy làm cho động cơ chạy mãi.


CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 78 sgk Vật Lí 11 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

1. Giải bài 1 trang 78 Vật Lý 11

Hạt tải điện trong kim loại là loại êlectron nào? Mật độ của chúng vào cỡ nào?

Trả lời:

– Hạt tải điện trong kim loại là loại êlectron tự do.

– Mật độ của chúng vào cỡ \({10^{28}}({m^{ – 3}})\)

⇒ Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện tốt.


2. Giải bài 2 trang 78 Vật Lý 11

Vì sao điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng?

Trả lời:

Khi nhiệt độ tăng, các ion kim loại ở nút mạng tinh thể dao động mạnh dẫn đến độ mất trật tự của mạng tinh thể kim loại tăng làm tăng sự cản trở chuyển động của êlectron tự do.

Vì vậy. khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng, điện trở của kim loại tăng.


3. Giải bài 3 trang 78 Vật Lý 11

Điện trở của kim loại thường và siêu dẫn khác nhau như thế nào?

Trả lời:

Điện trở của kim loại thường và siêu dẫn khác nhau ở chỗ:

– Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại thường sẽ giảm đều theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ:

\(ρ = ρ_0.[1 + α.(t – t_0)]\)

– Còn đối với chất siêu dẫn thì khi nhiệt độ giảm xuống thấp hơn nhiệt độ tới hạn \(T_C\) thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng không


4. Giải bài 4 trang 78 Vật Lý 11

Do đâu mà cặp nhiệt điện có suất điện động?

Trả lời:

– Với một sợi dây dẫn kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một số êlectron ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Khi đó đầu nóng tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm. Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế.

– Khi dùng hai dây dần kim loại khác nhau và hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữ nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp thì hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng dây sẽ khác nhau, khiến cho mạch có một suất điện động gọi là suất điện động nhiệt điện.


?

1. Giải bài 5 trang 78 Vật Lý 11

Phát biểu nào là chính xác

Các kim loại đều:

A. Dẫn điện tốt, có điện trở suất không thay đổi.

B. Dẫn điện tốt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ

C. Dẫn điện tốt như nhau, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ

D. Dẫn điện tốt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ giống nhau.

Bài giải:

Các kim loại đều dẫn điện tốt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ.

⇒ Đáp án: B.


2. Giải bài 6 trang 78 Vật Lý 11

Phát biểu nào là chính xác

Hạt tải điện trong kim loại là

A. các êlectron của nguyên tử.

B. êlectron ở lớp trong cùng của nguyên tử.

C. các êlectron hoá trị đã bay tự do ra khỏi tinh thể.

D. các êlectron hoá trị chuyển động tự do trong mạng tinh thể.

Bài giải:

Hạt tải điện trong kim loại là các electron hoá trị chuyển động tự do trong mạng tinh thể.

⇒ Đáp án: D.


3. Giải bài 7 trang 78 Vật Lý 11

Một bóng đèn 220V – 100W khi sáng bình thường thì nhiệt độ của dây tóc đèn là 20000C. Xác định điện trở của đèn khi thắp sáng và khi không thắp sáng, biết rằng nhiệt độ môi trường là 200C và dây tóc đèn làm bằng vofam.

Bài giải:

Từ các thông số \((220V-100W\) trên bóng đèn ta có: công suất định mức của đèn \(P_d=100W\), hiệu điện thế định mức của đèn \(U_d=220V\)

– Điện trở của bóng đèn khi sáng bình thường(2000°C):

\({R_d} = \displaystyle{{U_d^2} \over {{P_d}}} = {{{{220}^2}} \over {100}} = 484\Omega \)

– Điện trở của bóng đèn khi không thắp sáng (ở nhiệt độ 20°C):

\(R = \displaystyle{R_0}\left[ {1 + \alpha \left( {t – {t_0}} \right)} \right] \)

\(\Rightarrow {R_0} = \displaystyle{R \over {1 + \alpha \left( {t – {t_0}} \right)}}\\ = {{484} \over {1 + {{4,5.10}^{ – 3}}\left( {2000 – 20} \right)}} = 48,8\Omega \)


4. Giải bài 8 trang 78 Vật Lý 11

Khối lượng mol nguyên tử của đồng là 64.10-3 kg/mol . Khối lượng riêng của đồng là 8,9.103 kg/m3. Biết rằng mỗi nguyên tử đồng đóng góp 1 êlectron dẫn.

a) Tính mật độ êlectron tự do trong đồng.

b) Một dây tải điện bằng đồng, tiết diện 10 mm2, mang dòng điện 10 A. Tính tốc độ trôi của electron dẫn trong dây dẫn đó.

Bài giải:

a) Ta xét 1mol đồng:

→ Vì mỗi nguyên tử đồng đóng góp một êlectron dẫn nên số electron tự do trong 1 mol đồng là:

\({N_e} = {N_A} = 6,{02.10^{23}}\)

Khối lượng mol nguyên tử của đồng là m = 64.10-3 kg/mol

Thể tích của 1 mol đồng:

\(V = \displaystyle{{{{64.10}^{ – 3}}} \over {{{8,9.10}^3}}} = {7,19.10^{ – 6}}\left( {{m^3}/mol} \right)\)

Mật độ electron tự do trong đồng:

\({n_0} = \displaystyle{{{N_A}} \over V} = {{{{6,023.10}^{23}}} \over {{{7,19.10}^{ – 6}}}} = {8,38.10^{28}}\left( {{m^{ – 3}}} \right)\)

b) Gọi \(v\) là tốc độ trôi của electron dẫn trong dây dẫn.

Số electron tự do đi qua tiết diện S của dây dẫn trong 1 giây: \(N = v.S.n_0\).

Cường độ dòng điện qua dây dẫn: \(I=eN=evSn_0\)

\( \Rightarrow v = \displaystyle{I \over {{\rm{e.S}}.{n_0}}} = {{10} \over {{{1,6.10}^{ – 19}}{{.10.10}^{ – 6}}{{.8,38.10}^{28}}}}\)

\(= {7,46.10^{ – 5}}\left( {m/s} \right)\)


5. Giải bài 9 trang 78 Vật Lý 11

Để mắc đường dây tải điện từ điểm A đến địa điểm B, ta cần 1000 kg dây đồng. Muốn thay dây đồng bằng dây nhôm mà vẫn đảm bảo chất lượng truyền điện, ít nhất phải dùng bao nhiêu kilogam nhôm? Cho biết khối lượng riêng của đồng là 8 900 kg/m3, của nhôm là 2 700 kg/m3.

Bài giải:

Thay dây đồng băng dây nhôm mà vẫn đảm bảo chất lượng truyền điện, thì điện trở của dây nhôm phải bằng điện trở của dây đồng.

Điều kiện: \(R\) không đổi.

\( \Rightarrow \displaystyle{{{\rho _{Cu}}.l} \over {{S_{Cu}}}} = {{{\rho _{Al}}.l} \over {{S_{Al}}}} \Rightarrow \displaystyle{{{S_{Cu}}} \over {{S_{Al}}}} = {{{\rho _{Cu}}} \over {{\rho _{Al}}}}\)

Trong đó: \(l = AB\); \(S\) là tiết diện dây, \(ρ\) là điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn.

Khối lượng dây:

\(\eqalign{
& \left\{ \matrix{
{m_{Cu}} = {D_{Cu}}.{V_{Cu}} = {D_{Cu}}.{S_{Cu}}.l \hfill \cr
{m_{Al}} = {D_{Al}}.{V_{Al}} = {D_{Al}}.{S_{Al}}.l \hfill \cr} \right.\cr& \Rightarrow {{{m_{Cu}}} \over {{m_{Al}}}} = {{{D_{Cu}}.{S_{Cu}}} \over {{D_{Al}}.{S_{Al}}}} = {{{D_{Cu}}.{\rho _{Cu}}} \over {{D_{Al}}.{\rho _{Al}}}} \cr
& \Rightarrow {m_{Al}} = {m_{Cu}}.{{{D_{Al}}.{\rho _{Al}}} \over {{D_{Cu}}.{\rho _{Cu}}}} \cr&\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;= 1000.{{{{2700.2,75.10}^{ – 8}}} \over {{{8900.1,69.10}^{ – 8}}}} = 493,7kg \cr} \)


Bài trước:

Bài tiếp theo:


Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 78 sgk Vật Lí 11 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 11 tốt nhất!


“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com