70 Bài tập về Dòng điện trong kim loại (2024) có đáp án chi tiết nhất

Bài tập về dòng điện trong kim loại

Kiến thức cần nhớ

1. Bản chất của dòng điện trong kim loại

- 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.

- 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

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

- 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.

2. 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)

3. 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

4. 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

Các dạng bài tập về Dòng điện trong kim loại

Phương pháp giải:

+ Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm:  $I = \frac{U}{R}$

+ Sự phụ thuộc của điện trở, điện trở suất vào nhiệt độ:

 $R = R_0 \left[1+\alpha (t - t_0\right] ; {\rho }_0 \left[1 +\alpha (t - t_0)\right]$

+ Suất điện động nhiệt điện:  $\xi = {\alpha }_T (T_2 - T_1)$

Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1. 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

Ví dụ 2. 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

Ví dụ 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.

Ví dụ 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.

Ví dụ 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

Bài tập tự luyện có hướng dẫn

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

Bài 2. 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

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

Bài 4. 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

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 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

Xem thêm các dạng bài tập Vật lí hay khác

70 Bài tập về Dòng điện trong chất bán dẫn (2024) có đáp án chi tiết nhất

70 Bài tập về Dòng điện trong chân không (2024) có đáp án chi tiết nhất

70 Bài tập về Dòng điện trong chất khí (2024) có đáp án chi tiết nhất

70 Bài tập về Dòng điện trong chất điện phân (2024) có đáp án chi tiết nhất

1000 Bài tập Vật lí Chương 3. Dòng điện trong các môi trường (có đáp án năm 2024)