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

CÂU HỎI: Cho biết sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ?

LỜI GIẢI: 

Khi nhiệt độ tăng, các ion kim loại ở nút mạng tinh thể dao động mạnh. Do đó độ mất trật tự của mạng tinh thể kim loại tăng làm tăng sự cản trở chuyển động của các electron tự do. Vì vậy, khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng, điện trở của kim loại tăng.

Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. 

CÙNG TOP LỜI GIẢI ÔN LẠI KIẾN THỨC LIÊN QUAN NHÉ!!!

1. Bản chất của dòng điện trong kim loại       

- Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại

- Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên chúng dẫn điện rất tốt.

- Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại. Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.

- Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn toạ thành khí electron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.

- Điện trường  do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.

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

- Bảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 20⁰ C

2. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

ρ=ρ0[1+α(t-t₀)]

Phát biểu: Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể tăng, làm cho điện trở của kim loại tăng. Do đó điện trở suất ρ của kim loại cũng tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất.

 Chú thích: 

Chú ý: 

Độ K = Độ C + 273

Độ F = Độ C x 1,8 +32

3. Hiện tượng nhiệt điện

+ Nếu lấy hai dây kim loại khác nhau và hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữ ở nhiệt độ cao, một mối hàn giữ ở nhiệt độ thấp, thì hiệu  điện thế giữa  đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, trong mạch có một suất điện  động E. E gọi là suất điện  động nhiệt  điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu vào nhau  gọi là cặp nhiệt  điện.

+ Suất  điện  động nhiệt  điện :

𝐸= 𝛼𝑇 (𝑇1−𝑇2)

Trong đó:

+ T1 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K)

+ T2 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)

+ 𝛼𝑇 : hệ số nhiệt điện động (V/K)

- Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.

- Bảng một số cặp nhiệt điện thường dùng

4. Hiện tượng siêu dẫn

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

- Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục.

+ 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.

+ Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn

- Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn

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

+ Trong tương lai dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa

4. Bài tập

Bài 1. Khi nhiệt độ của dây kim loại tăng, điện trở của nó sẽ

A. không tăng 

B. tăng lên 

C. giảm đi 

D. giảm sau đó tăng

Đáp án: B

Khi nhiệt độ của dây kim loại tăng, điện trở suất của kim loại tăng theo nên điện trở của dây kim loại tăng lên.

Bài 2. Một dây bạch kim ở 20oC có điện trở suất 10,6.10-8Ω.m. Biết điện trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ từ 0o đến 2000oC tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở không đổi bằng 3,9.10-3K-1. Điện trở suất của dây bạch kim này ở 1680oC là

A. 79,2.10-8Ω.m 

B. 17,8.10-8Ωm 

C. 39,6.10-8Ωm 

D. 7,92.10-8Ωm

Đáp án: A

Điện trở suất của dây bạch kim này ở 1680oC là:

Bài 3. Biết suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện có một đầu được nhúng vào nước đá đang tan và một đầu vào hơi nước sôi là 4,5.10-3V. Hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện này là

A. 45.10-6V/K 

B. 4,5.10-6V/K 

C. 45.10-3V/K 

D. 4,5.10-3V/K

Đáp án: A

Hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện này là:

Bài 4. Một bóng đèn 220V-75W có dây tóc làm bằng vonfam. Điện trở của dây tóc đèn ở 20oC là 120Ω. Biết điện trở của dây tóc bóng đèn trong khoảng nhiệt độ này tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở là 4,5.10-3K-1.Nhiệt độ của dây tóc bóng tóc bóng đèn khi sáng bình thường là

A. 993oC 

B. 1433oC 

C. 2400oC 

D. 2640oC

Đáp án: A

Điện trở của dây tóc bóng đèn khi sáng bình thường:

Bài 5. Một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động là α = 52.10-6V/K, điện trở trong r = 0,5Ω. Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở RG = 20Ω. Đặt một mối hàn của cắp nhiệt điện này trong không khí ở 24oC và đưa mối hàn thứ hai vào trong lò điện thì thấy cường độ dòng điện qua điện kế G là 1,52mA. Nhiệt độ trong lò điện khi đó là:

A. 3040oC 

B. 624oC 

C. 3120oC 

D. 3100oC

Đáp án: B

Suất điện động của cặp nhiệt điện:

Từ công thức: