SBT Vật lí 11 Bài 13: Dòng điện trong kim loại | Giải SBT Vật lí lớp 11

Giải SBT Vật lí 11 Bài 13: Dòng điện trong kim loại

Bài 13.1 trang 32 SBT Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về tính chất điện của kim loại là không đúng?

A. Kim loại là chất dẫn điện.

B. Kim loại có điện trở suất khá lớn, lớn hơn 107 Ω.m

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

D. Cường độ dòng điện chạy qua dây kim loại tuân theo định luật Ôm khi nhiệt độ của dây kim loại thay đổi không đáng kể.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về tính chất điện của kim loại và bảng 13.1 SGK

Lời giải:

A, C, D – đúng

B – sai vì: Điện trở suất của kim loại nhỏ cỡ ${10}^{-8}\mathrm{\Omega }.m$

(Xem Bảng 13.1 SGK trang 75)

Chọn đáp án: B

Bài 13.2 trang 32 SBT Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về hiện tượng nhiệt điện là không đúng ?

A. Cặp nhiệt điện gồm hai dây kim loại khác nhau có hai đầu hàn nối với nhau. Nếu giữ hai mối hàn này ở hai nhiệt độ khác nhau (T1T2) thì bên trong cặp nhiệt điện sẽ xuất hiện một suất điện động nhiệt điện.

B. Độ lớn của suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện chỉ phụ thuộc nhiệt độ của mối hàn nóng có nhiệt độ cao hơn.

C. Độ lớn của suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện tỉ lệ với hiệu nhiệt độ (T1 – T2) giữa hai mối hàn nóng và lạnh.

D. Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để làm nhiệt kế đo nhiệt độ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng nhiệt điện.

Lời giải:

B – sai vì: Suất điện động nhiệt điện $E={\alpha }_T\left(T_1-T_2\right)$

Độ lớn của suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện phụ thuộc vào cả nhiệt độ của nguồn nóng lẫn đầu lạnh.

Chọn đáp án: B

Bài 13.3 trang 33 SBT Vật Lí 11: Một dây bạch kim ở 200C có điện trở suất 10,6.10-8 Ω.m. Xác định điện trở suất của dây bạch kim này ở 11200C. Cho biết điện trở suất của dây bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở không đổi bằng 3,9.10-3 K-1.

A. 56,9.10-8 Ω.m                    

B. 45,5.10-8 Ω.m

C. 56,1. 10-8 Ω.m                    

D. 46,3. 10-8 Ω.m

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức: 

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

Lời giải:

Điện trở suất của vật dẫn phụ thuộc nhiệt độ theo công thức :

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

trong đó ρ0 là điện trở suất của vật dẫn ở nhiệt độ t0 (thường chọn t0 = 200C), α là hệ số nhiệt điện trở của vật dẫn. Thay số, ta tìm được :

$\rho =10,{6.10}^{-8}\left[1+{3,9.10}^{-3}(1120-20)\right]\approx 56,{1.10}^{-8}\mathrm{\Omega }.m$

Chọn đáp án: C

Bài 13.4 trang 33 SBT Vật Lí 11: Nối cặp nhiệt điện đồng – constantan với một milivôn kế thành một mạch kín. Nhúng một mối hàn vào nước đá đang tan và một mối hàn vào hơi nước sôi thì milivôn kế chỉ 4,25 mV. Xác định hệ số nhiệt đỉện động của cặp nhiệt điện này.

A. 42,5 μV/K.

B. 4,25 μV/K

C. 42,5 mV/K            

D. 4,25 mV/K

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính suất nhiệt điện động: $E={\alpha }_T.(T_1-T_2)$

Lời giải:

Suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện tính theo công thức : $E={\alpha }_T.(T_1-T_2)$

trong đó (T1 -T2) là hiệu nhiệt độ giữa hai đầu nóng và lạnh của cặp nhiệt điện, αT là hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện. Thay số, ta tìm được:

${\alpha }_T=\frac{4,{25.10}^{-3}}{(273+100)-(273+0)}=42,5\mu V/K$

Chọn đáp án: A

Bài 13.5 trang 33 SBT Vật Lí 11: Dựa vào quy luật phụ thuộc nhiệt độ của điện trở suất của dây kim loại, tìm công thức xác định sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở của một dây kim loại có độ dài l và tiết diện đều S. Cho biết trong khoảng nhiệt độ ta xét, độ dài và tiết diện của dây kim loại không thay đổi.
Phương pháp giải:
Sử dụng biểu thức tính điện trở: $R=\rho \frac{\ell }{S}$
Lời giải:

Điện trở R phụ thuộc chất liệu và kích thước của dây dẫn kim loại theo công thức

$R=\rho \frac{\ell }{S}$

trong đó l là độ dài và S là tiết diện của dây dẫn, ρ là điện trở suất phụ thuộc chất liệu và nhiệt độ t của dây dẫn theo quy luật :

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

với ρ0 là điện trờ suất cùa kim loại ở nhiệt độ t0 (thường lấy t0 = 200C  và α là hệ số nhiệt điện trở có giá trị dương. Nếu trong khoảng nhiệt độ (t – t0), độ dài l và tiết diện S của dây dẫn kim loại không thay đổi thì ta có thể viết :

$\rho \frac{\ell }{S}={\rho }_0\frac{\ell }{S}\left[1+\alpha \left(t-t_0\right)\right]$

Từ đó suy ra sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở dây dẫn kim loại :

$R=R_0\left[1+\alpha \left(t-t_0\right)\right]$

Bài 13.6 trang 33 SBT Vật Lí 11: Một bóng đèn 220 V – 40 W có dây tóc làm bằng vonfam. Điện trở của dây tóc đèn ở 200C là 121 Ω. Xác định nhiệt độ của dây tóc đèn khi sáng đèn bình thường. Cho biết điện trở dây tóc đèn trong khoảng nhiệt độ này tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hộ số nhiệt điện trở là 4,5.10-3 K-1

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức điện trở phụ thuộc nhiệt độ: $R=R_0\left[1+\alpha \left(t-t_0\right)\right]$

Lời giải:

Khi bóng đèn 220 V – 40 W sáng bình thường, điện trở của dây tóc đèn tính bằng:

$R=\frac{U_0^2}{P_0}=\frac{{220}^2}{40}=1210\mathrm{\Omega }$

Áp dụng công thức điện trở phụ thuộc nhiệt độ

$R=R_0\left[1+\alpha \left(t-t_0\right)\right]$

 ta suy ra nhiệt độ của dây tóc đèn khi sáng bình thường:

$t=\frac{1}{\alpha }\left(\frac{R}{R_0}-1\right)+t_0=\frac{1}{4,{5.10}^{-3}}.\left(\frac{1210}{121}-1\right)+20={2020}^{0}C$

Bài 13.7 trang 33 SBT Vật Lí 11: Dây tóc của một bóng đèn 12 V – 20 W khi thắp sáng bình thường có nhiệt độ là 25000C và có điện trở lớn gấp 16 lần so với điện trở của nó ở 200C. Xác định điện trở của dây tóc đèn này khi thắp sáng bình thường và hệ số nhiệt điện trở của nó. Cho biết trong khoảng nhiệt độ này, điện trở của dây tóc đèn tăng bậc nhất theo nhiệt độ.
Phương pháp giải:

+ Sử dụng công thức điện trở phụ thuộc nhiệt độ: $R=R_0\left[1+\alpha \left(t-t_0\right)\right]$

+ Sử dụng biểu thức tính điện  trở: $R=\frac{U_0^2}{P_0}$

Lời giải:

Áp dụng công thức điện trở phụ thuộc nhiệt độ

$R=R_0\left[1+\alpha \left(t-t_0\right)\right]$

Với t0 = 200C, ta suy ra hệ số nhiệt điện trở của dây tóc đèn bằng :

$\alpha =\frac{1}{t-t_0}\left(\frac{R}{R_0-1}\right)=\frac{1}{2500-20}(16-1)\approx 6,{05.10}^{-3}{K}^{-1}$

Điện trở của dây tóc đèn khi sáng bình thường ở t2 = 2500°c tính theo công thức :

$R=\frac{U_0^2}{P_0}=\frac{{12}^2}{20}=7,2\mathrm{\Omega }$

nên điện trở của dây tóc đèn ở t0 = 200C bằng :

$R_0=\frac{R}{n}=\frac{7,2}{16}=0,45\mathrm{\Omega }$

Bài 13.8 trang 33 SBT Vật Lí 11: 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 của nó vào thiếc đang chảy lỏng, khi đó milivôn kế chỉ 10,03 mV. Xác định nhiệt độ nóng chảy của thiếc.
Phương pháp giải:
Sử dụng biểu thức tính suất điện động nhiệt điện :$E={\alpha }_T(T_1-T_2)$

Lời giải: 

Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện tính theo công thức :

$E={\alpha }_T(T_1-T_2)$

trong đó (T1 -T2) là hiệu nhiệt độ giữa hai đầu nóng và lạnh của cặp nhiệt điện, còn αT là hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện.

Từ đó, ta suy ra nhiệt độ nóng chảy của thiếc :

$T_1=\frac{E}{{\alpha }_T}+T_2=\frac{10,{03.10}^{-3}}{42,{5.10}^{-6}}+273=509K$ 

( nước đá tan ở 0oC = 273 oK )

Bài 13.9 trang 34 SBT Vật Lí 11: Cặp nhiệt điện sắt – constantan có hệ số nhiệt điện động là 52 μV/K và điện trở trong r = 0,5 Ω. Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở trong là 20 Ω. Đặt một mối hàn của cặp nhiệt điện này trong không khí ở 200C và nhúng mối hàn thứ hai vào trong lò điện có nhiệt độ 6200C. Xác định cường độ dòng điện chạy qua điện kế G.
Phương pháp giải:
Sử dụng biểu thức tính suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện sắt – constantan :$E={\alpha }_T(T_1-T_2)$

Lời giải:

Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện sắt – constantan :

$E={\alpha }_T(T_1-T_2)$

$={52.10}^{-6}(620–20)=31,2mV$

Áp dụng định luật Ôm đối với mạch điện kín, ta tính được cường độ dòng điện chạy qua điện kế G :

$I=\frac{E}{R_G+r}=\frac{31,2}{20+0,5}\approx 1,52mA$

Bài 13.10 trang 34 SBT Vật Lí 11: Khi “Khảo sát hiện tượng nhiệt điện”, các kết quả đo giá trị suất điện động nhiệt điện E và hiệu nhiệt độ (T1 – T2) tương ứng giữa hai mối hàn của cặp nhiệt điện sắt – constantan được ghi trong bảng số liệu dưới đây:

Dựa vào bảng số liệu này, hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của suất điện động nhiệt điện vào hiệu nhiệt độ giữa hai mối hàn của cặp nhiệt điện sắt – constantan được khảo sát ở trên, từ đó xác định hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt này.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện : $E={\alpha }_T(T_1-T_2)$

Lời giải:

Đồ thị (Hình 13.1G) biểu diễn sự phụ thuộc của suất điện động nhiệt điện E vào hiệu nhiệt độ (T1 – T2) giữa hai mối hàn của cặp nhiệt điện sắt – constantan có dạng một đường thẳng. Như vậy, suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ (T1 – T2) giữa hai mối hàn :

$E={\alpha }_T(T_1-T_2)$

trong đó αT gọi là hệ số nhiệt điện động (hay hằng số cặp nhiệt điện).

 Từ đồ thị trên, ta suy ra giá trị của hệ số suất điện động nhiệt điện :

${\alpha }_T=tan\beta =\frac{3,64}{70}=0,052mV/K$