Vật Lí 11 Bài 13: Dòng điện trong kim loại

Vật Lí 11 Bài 13: Dòng điện trong kim loại

C1 trang 75 SGK: 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.

C2 trang 76 SGK: 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 băng 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 băng 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.

Bài 1 (trang 78 SGK Vật Lý 11): Hạt tải điện trong kim loại là loại êlectron nào? Mật độ của chúng vào cỡ nào?

Lời giải:

Hạt tải điện trong kim loại là êlectron tự do. Mật độ của chúng vào cỡ 1028 (m-3).

Bài 2 (trang 78 SGK Vật Lý 11): Vì sao điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng?

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

Bài 3 (trang 78 SGK Vật Lý 11): Điện trở của kim loại thường và siêu dẫn khác nhau như thế nào?

Lời giải:

Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại thường sẽ giảm đều theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ: ρ = ρ0.[1 + α.(t – t0)]

Còn đối với chất siêu dẫn thì khi nhiệt độ giảm xuống thấp hơn nhiệt độ tới hạn TC thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng không

Bài 4 (trang 78 SGK Vật Lý 11): Do đâu mà trong cặp nhiệt điện có suất điện động?

Lời giải:

Cặp nhiệt điện gồm hai dây dẫn điện có bản chất khác nhau hàn nối với nhau thành một mạch kín và hai mối hàn của nó được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau.

Do mật độ êlectron tự do ở mỗi kim loại khác nhau nên tại mối hàn sẽ tồn tại một hiệu điện thế.

Vì hai mối hàn của nó được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau , khi đó chuyển động nhiệt của các hạt tải điện ở hai đầu không giống nhau, làm cho hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng dây khác nhau, khiến trong mạch có suất điện động ℰ, gọi là suất nhiệt điện động.

Bài 5 (trang 78 SGK Vật Lý 11): Phát biểu nào là chính xác?

Các kim loại đều

A.dẫn điện tố,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.

Lời giải:

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

Đáp án: B

Bài 6 (trang 78 SGK 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 hóa trị đã bay tụ do ra khỏi tinh thể.

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

Lời giải:

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

Đáp án: D

Bài 7 (trang 78 SGK Vật Lý 11): Một bóng đèn 220V-100W khi sáng bình thường thì nhiệt độ của dây tóc đèn là 2000oC . Xác định điện trở của đèn khi thắp sáng và khi không thắp sáng, biết răng nhiệt độ môi trường là 20oC và dây tóc đèn làm bằng vonfam.

Lời giải:

Điện trở của bóng đèn khi sáng bình thường (ở t = 2000oC):

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Mặt khác ta có: R = R0.(1 + α.(t – t0))

→ Điện trở bóng đèn khi không thắp sáng (ở t0 = 20oC)

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Đáp án: R = 484Ω; R0 = 48,84Ω

Bài 8 (trang 78 SGK Vật Lý 11)

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

a)Tính mật độ êlectron tự do trong đồng.

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

Lời 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: Ne = NA = 6,02.1023 hạt

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

→ Thể tích của 1 mol đồng là:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Mật độ êlectron tự do trong đồng bằng mật độ nguyên tử đồng:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

b) Coi dây tải hình trụ có tiết diện S = 10mm2 = 10.10-6m2, thể tích của 1mol đồng là V (m3) → chiều dài sợi dây: l = V/S

Lượng điện tích chạy qua sợi dây trong thời gian Δt là: Δq = Ne.e (e là điện tích của 1 electron)

→ cường độ dòng điện qua sợi dây là:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Gọi v là vận tốc trôi của êlectron dẫn trong dây dẫn (vận tốc cuốn của êlectron theo điện trường).

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Đáp án: a) ne = 8,37.1028 m-3; b) v = 7,46.10-5m/s

Bài 9 (trang 78 SGK Vật Lý 11): Để mắc đường dây tải điện từ địa điểm A đến địa điểm B, ta cần 1000kg dây đồng.Muốn thay dây đồng băng dây nhôm mà vẫn đảm bảo chất lượng truyền điện, ít nhất phải dùng bao nhiêu kg dây nhôm ? Cho biết khối lượng riêng của đồng là 8900 kg/m3, của nhôm là 2700 kg/m3.

Lời 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.

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Với ρAl = 2,75.10-8 Ωm là điện trở suất của nhôm

ρCu = 1,69.10-8 Ωm là điện trở suất của đồng

Vì lCu = lAl = lAB = khoảng cách từ A đến B nên:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Trong đó: VAl, VCu lần lượt là thể tích của dây nhôm và dây đồng:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Từ (1) và (2) suy ra:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Khối lượng nhôm phải dùng là:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Đáp án: mAl = 493,65 kg

Xem thêm các bài Giải bài tập Vật Lí 11 (có video) hay khác:

Ngân hàng trắc nghiệm lớp 11 tại khoahoc.vietjack.com

GIẢM GIÁ 75% KHÓA HỌC VIETJACK HỖ TRỢ DỊCH COVID

Đăng ký khóa học tốt 11 dành cho teen 2k4 tại khoahoc.vietjack.com

Đã có app VietJack trên điện thoại, giải bài tập SGK, SBT Soạn văn, Văn mẫu, Thi online, Bài giảng....miễn phí. Tải ngay ứng dụng trên Android và iOS.

Nhóm học tập facebook miễn phí cho teen 2k4: fb.com/groups/hoctap2k4/

Theo dõi chúng tôi miễn phí trên mạng xã hội facebook và youtube:

Nếu thấy hay, hãy động viên và chia sẻ nhé! Các bình luận không phù hợp với nội quy bình luận trang web sẽ bị cấm bình luận vĩnh viễn.


Các loạt bài lớp 11 khác
2004 - Toán Lý Hóa