Lý thuyết Dòng điện trong kim loại (mới 2023 + 26 câu trắc nghiệm) hay, chi tiết – Vật Lí 11

Vật Lí 11 Bài 13: Dòng điện trong kim loại

A. Lý thuyết Dòng điện trong kim loại

I. Bản chất của dòng điện trong kim loại

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

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

– Chuyển động nhiệt của các ion có thể phá hủy trật tự liên kết này. Khi nhiệt độ càng cao thì chuyển động nhiệt càng nhanh, mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự.

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

Các electron chuyển động trong mạng tinh thể

3. Điện trường $\overrightarrow{E}$ do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.

4. 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.

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

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

– Điện trở suất ρ của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:

$\rho ={\rho }_o\left[1+\alpha \left(t-t_o\right)\right]$

Trong đó:

+ ρ₀ là điện trở suất ở nhiệt độ t₀^oC (thường ở 20^oC)

+ ρ là điện trở suất ở nhiệt độ t^oC

+ 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.

Bảng điện trở suất của một số chất (silic không phải kim loại)

III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn

– Khi nhiệt độ giảm, mạng tinh thể càng bớt sự mất trật tự, chuyển động của electron càng ít dẫn đến điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0 K điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

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

Bảng nhiệt độ tới hạn của một số chất

– Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:

+ Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh mà các nam châm điện thường không thể tạo ra được.

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

Chế tạo các cuộn dây siêu dẫn trong máy gia tốc

Máy quét MRI trong y học

IV. 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, khiến 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:

$\text{E}={\alpha }_T\left(T_a-T_b\right)$

Trong đó:

+ T_a là nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K)

+ T_b là nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)

+ α_T là hệ số nhiệt điện động (V.K^-1) phụ thuộc vào bản chất của hai vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.

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

Can nhiệt đo nhiệt độ lò hơi

B. Trắc nghiệm Dòng điện trong kim loại

Bài 1. Khi nói về kim loại câu nào dưới đây là sai?

A. Kim loại chỉ tồn tại ở trạng thái rắn

B. Kim loại có khả năng uốn dẻo

C. Trong kim loại có nhiều electron tự do

D. Kim loại là chất dẫn điện

Đáp án: A

Vẫn có một có kim loại tồn tại ở thể lỏng như thủy ngân.

Bài 2. Tìm phát biểu sai khi nói về tính chất dẫn điện của kim loại

A. Kim loại là chất dẫn điện tốt

B. Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm ở bất kì nhiệt độ nào.

C. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ

D. Điện trở suất của kim loại nhỏ, nhỏ hơn 107Ω.m

Đáp án: B

Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ nên dòng điện trong kim loại không tuân theo định luật Ôm ở bất kì nhiệt độ nào.

Bài 3. Nguyên nhân có điện trở suất trong kim loại là do

A. các electron tự do chuyển động hỗn loạn

B. trong quá trình chuyển động có hướng dưới tác dụng của điện trường, các electron va chạm với các ion ở nút mạng

C. các ion ở nút mạng dao động sinh ra nhiệt làm xuất hiện trở suất.

D. mật độ electron trong kim loại nhỏ.

Đáp án: B

Sự mất trật tự của mạng tinh thể kim loại đã cản trở chuyển động của các electron tự do, làm cho chuyển động của electron bị lệch hướng. Trong quá trình chuyển động có hướng dưới tác dụng của điện trường, các electron va chạm với các ion ở nút mạng gây ra điện trở suất trong kim loại.

Bài 4. Chọn phát điểu đúng

A. Khi có điện trường đặt vào hai đầu dây kim loại, các electron sẽ chuyển dời có hướng cùng chiều với điện trường.

B. Kim loại dẫn điện tốt vì trong kim loại được cấu tạo bởi các electron tự do

C. Các electron tự do sẽ chuyển dời có hướng, cùng chiều với chiều điện trường đặt vào kim loại.

D. Khi nhiệt độ của kim loại càng cao, điện trở suất của nó càng tăng.

Đáp án: D

Khi nhiệt độ của kim loại càng cao, điện trở suất của nó càng tăng.

Bài 5. Chọn phát biểu đúng.

Một sợi dây đòng có điện trở 70Ω ở nhiệt độ 20^oC. Điện trở của dây đó ở nhiệt độ 40^oC sẽ

A. vẫn là 70Ω

B. nhỏ hơn 70Ω

C. lớn hơn 70Ω

D. lớn hơn gấp hai lần 70Ω

Đáp án: C

Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ.

Bài 6. 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 7. Một dây bạch kim ở 20^oC có điện trở suất 10,6.10^-8Ω.m. Biết điện trở suất của bạch kim trong khoảng nhiệt độ từ 0o đến 2000^oC 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 1680^oC 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 1680^oC là:

Bài 8. 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 9. Một bóng đèn 220V-75W có dây tóc làm bằng vonfam. Điện trở của dây tóc đèn ở 20^oC 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. 993^oC

B. 1433^oC

C. 2400^oC

D. 2640^oC

Đáp án: A

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

 

 

Bài 10. 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 R_G = 20Ω. Đặt một mối hàn của cắp nhiệt điện này trong không khí ở 24^oC 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. 3040^oC

B. 624^oC

C. 3120^oC

D. 3100^oC

Đáp án: B

Suất điện động của cặp nhiệt điện:

Từ công thức:

Bài 11: Môi trường dẫn điện đồng nhất là môi trường

A. chỉ có hạt tải điện là các electron

B. dẫn điện trung hoà điện

C. có mật độ của từng loại hạt tải điện phân bố đều

D. các hạt tải điện chỉ chuyển động theo cùng một hướng

BÀi 12: Các electron trong kim loại sau khi tách khỏi nguyên tử sẽ chuyển động

A. thẳng với vận tốc nhỏ

B. nhanh chậm tuỳ theo nhiệt độ

C. và sing ra dòng điện

D. hỗn loạn với vận tốc rất lớn

Bài 13: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Hạt tải điện trong kim loại là electron

B. Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm nếu nhiệt độ trong kim loại được giữ không đổi

C. Hạt tải điện trong kim loại là ion dương và ion âm

D. Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt

Bài 14: Nguyên nhân có điện trở suất trong kim loại là do

A. các electron tự do chuyển động hỗn loạn

B. trong quá trình chuyển động có hướng dưới tác dụng của điện trường, các electron va chạm với các ion ở nút mạng

C. các ion ở nút mạng dao động sinh ra nhiệt làm xuất hiện trở suất.

D. mật độ electron trong kim loại nhỏ.
Bài 15: Điện trở suất kim loại phụ thuộc nhiệt độ theo
A. hàm số bậc nhất

B. hàm số bậc hai

C. hàm số mũ

D. hàm logarit

Bài 16: Tìm phát biểu sai khi nói về tính chất dẫn điện của kim loại

A. Kim loại là chất dẫn điện tốt

B. Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm ở bất kì nhiệt độ nào.

C. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ

D. Điện trở suất của kim loại nhỏ, nhỏ hơn 107Ω.m

Bài 17: Nguyên nhân gây ra hiện tượng toả nhiệt trong dây dẫn khi có dòng điện chạy qua là do năng lượng

A. của chuyển động có hướng của electron truyền cho ion (+) khi va chạm

B. dao động của ion (+) truyền cho electron khi va chạm

C. của chuyển động có hướng của electron truyền cho ion (-) khi va chạm

D. của chuyển động có hướng của electron, ion (-) truyền cho ion (+) khi va chạm

Bài 18: 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

Bài 19: Hệ số nhiệt điện trở của mỗi kim loại phụ thuộc vào?

A. Nhiệt độ của điện trở

B. Cường độ dòng điện qua điện trở

C. hiệu điện thế hai đầu điện trở

D. điện trở suất kim loại

BÀi 20: Một bóng đèn có dây tóc bằng vonfam khi cháy sáng sẽ có điện trở

A. không đổi

B. tăng

C. giảm

D. giảm rồi tăn

Bài 21: Hạt tải điện là

A. các electron có trong kim loại

B. các điện tích tự do tham gia dẫn điện

C. các electron có trong mỗi nguyên tử

D. các điện tích liên kết trong môi trường

Bài 22: Khi nói về kim loại câu nào dưới đây là sai?

A. Kim loại chỉ tồn tại ở trạng thái rắn

B. Kim loại có khả năng uốn dẻo

C. Trong kim loại có nhiều electron tự do

D. Kim loại là chất dẫn điện

Bài 23: Hai thanh kim loại được nối với nhau bởi hai đầu mối hàn tạo thành một mạch kín, hiện tượng nhiệt điện xảy ra khi hai thanh kim loại có bản chất

A. khác nhau và nhiệt độ ở hai đầu mối hàn bằng nhau

B. khác nhau và nhiệt độ ở hai đầu mối hàn khác nhau

C. giống nhau và nhiệt độ ở hai đầu mối hàn bằng nhau

D. giống nhau và nhiệt độ ở hai đầu mối hàn khác nhau

Bài 24: Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của

A. các ion âm, electron tự do ngược chiều điện trường

B. các electron tự do ngược chiều với chiều điện trường

C. các ion, electron trong điện trường

D. các electron, lỗ trống theo chiều điện trường.

Bài 25: Chọn phát điểu đúng

A. Khi có điện trường đặt vào hai đầu dây kim loại, các electron sẽ chuyển dời có hướng cùng chiều với điện trường.

B. Kim loại dẫn điện tốt vì trong kim loại được cấu tạo bởi các electron tự do

C. Các electron tự do sẽ chuyển dời có hướng, cùng chiều với chiều điện trường đặt vào kim loại.

D. Khi nhiệt độ của kim loại càng cao, điện trở suất của nó càng tăng.

Bài 26: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của thanh kim loại cũng tăng do

A. chuyển động vì nhiệt của electron tăng lên

B. chuyển động định hướng của electron tăng lên

C. biên độ dao động của các ion quanh nút mạng tăng lên

D. biên độ dao động của các ion quanh nút mạng giảm đi