Các Công Thức, Câu Hỏi Về CHƯƠNG III: Dòng điện trong các môi trường.

Tổng hợp công thức liên quan đến dòng điện trong các môi trường. Vật Lý 11. Bài tập áp dụng và hướng dẫn chi tiết.

Làm bài tập

Những Điều Thú Vị Chỉ 5% Người Biết

Các công thức, câu hỏi tự luận và câu hỏi trắc nghiệm về chủ đề CHƯƠNG III: Dòng điện trong các môi trường.

VẬT LÝ 11 CHƯƠNG III: Dòng điện trong các môi trường.

Các công thức liên quan

$E = α_{T} (T_{1} - T_{2})$

Phát biểu: Hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện $E$ trong một mạch điện kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở nhiệt độ khác nhau là hiện tượng nhiệt điện. Trong đó, $E$ là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu vào nhau được gọi là cặp nhiệt điện.

Chú thích:

$E$ : suất điện động nhiệt điện $(V)$

$α_{T}$ : hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện. Đơn vị: $V . K^{- 1}$ .

$T_{1} - T_{2}$ : hiệu nhiệt độ ở đầu nóng và đầu lạnh $(K)$ .

hinh-anh-suat-dien-dong-nhiet-dien-115-0

Các loại cặp nhiệt điện thường dùng:

Ứng dụng của dòng điện trong kim loại:

Có rất nhiều ứng dụng của dòng điện trong kim loại trong thực tế nhưng phổ biến nhất là chế tạo ra nam châm điện. Mục đích của việc tạo ra nam châm điện từ dòng điện trong kim loại là vì nó có từ trường mạnh, đồng thời không bị hao phí năng lượng do tỏa nhiệt.

Xem thêm Suất điện động nhiệt điện.

$I = \frac{E}{R_{p} + r}$

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

1/Định nghĩa chất điện phân

Chất điện phân là những dung dịch muối, axit ,bazo và các muối, bazo nóng chảy có tính chất cho dòng điện chạy qua.

Ví dụ: dung dịch HCL, Oxit nhôm nóng chảy.

2.Dòng điện trong chất điện phân

Khi các axit,bazo,muối hòa tan vào nước dễ phân li tạo thành các ion dương và các ion âm. Số lượng phân li [hụ thuộc nồng độ và nhiệt độ

Các ion chuyển động nhiệt hỗn loạn.Trong quá trình chuyển động các ion dương và ion âm có thể kết hợp lại tạo thành phần tử trung hòa.

KL: Dòng điện trong chất diên phân là sự chuyển dởi có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

HIỆN TƯỢNG XẢY RA Ở ĐIỆN CỰC

1.Bình điện phân: gồm hai điện cực làm bằng kim loại hay than chì được nhúng vào chất điện phân.

Kí hiệu: hinh-anh-dong-dien-qua-chat-dien-phan-914-0

2.Hiện tượng duơng cực tan:

Hiện tượng dương cực tan là hiện tượng cực dương anot bi ăn mòn, cực âm có kim loại bám vào khi cho dòng điện một chiều chạy qua bình điện phân có ion kim loại trong dung dịch diện phân mà anot củng làm bằng chính kim loại ấy.

Ví dụ : Điện phân dung dịch $C u S O_{4}$ điện cực làm bằng đồng.

hinh-anh-dong-dien-qua-chat-dien-phan-914-1

Tại Anot: Đồng trên điện cực nhường 2e và $S {O_{4}}^{2 -}$ kéo vào dung dịch: $C u \to C u^{2 +} + 2 e^{-}$

Tại Catot: các ion đồng di chuyển về phía catot nhận 2e trở thành đồng bám lên catot: $C u^{2 +} + 2 e^{-} \to C u$

Kết quả : Đồng trên điện cực anot giảm ,trên catot thì tăng.

3.Phản ứng phụ

Phản ứng phụ là phản ứng hóa học của các nguyên tử trung hòa hình thành khi các ion đến các điện cực nhường , nhận eclectron có thể tác dụng với các điện cực , dung môi.

Ví dụ: Điện phân dung dịch $H_{2} S O_{4}$ điện cực bằng than chì.

Tại Anot: Các ion $H^{+}$ đến nhận 2e trở thành phân tử khí $2 H^{+} + 2 e^{-} \to H_{2} ↑$

Tại Catot: Các ion $S {O_{4}}^{2 -}, O H^{-}$ do nước phân li di chuyển đến nhưng chỉ $O H^{-}$ nhường bớt e để tạo thành khí $4 O H^{-} - 4 e \to O_{2} + 2 H_{2} O$

Kết quả: Tạo ra khí $H_{2}, O_{2}$

Xem thêm Dòng điện qua chất điện phân

Dòng chuyển dời của ion dương và electron tự do

Phân loại: dẫn điện tự lực (hồ quang điện, tia lửa điện) và không tự lực

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ

1.Chất khí là môi trường không dẫn điện

Các phân tử khí không dẫn điện vì các phân tử khi đều ở trạng thái trung hòa điện, nên không tải điện ở điều kiện thường.

2.Dòng điện trong chất khí

Nhờ có các tác nhân các làm các phân tử khí bị ion hóa thành ion dương và electron tự do.Các hạt này đóng vai trò hạt tải điện

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dởi có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường và các eelctron tự do ngược chiều điện trường.

3. Quá trình dẫn điện không tự lực

- Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa mô tả gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào.

- Thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta thấy quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.

- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện I qua chất khí khi phóng điện không tự lực, theo hiệu điện thế U giữa hai điện cực, được vẽ trên hình 15.1.

hinh-anh-dong-dien-trong-chat-khi-915-0

Nó có 3 đoạn rõ rệt:

+ Đoạn Oa: U nhỏ, dòng điện tăng theo U.

+ Đoạn ab: U đủ lớn dòng điện I đạt giá trị bão hoà. I không đổi khi U tăng.

+ Đoạn bc: U quá lớn, I tăng nhanh khi U tăng, chứng tỏ rằng khi hiệu điện thế đã quá lớn, sự tăng hiệu điện thế làm cho điện trở của chất khí giảm, mật độ hạt tải điện tăng.

4. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực

- Quá trình dẫn điện của chất khí có thể duy trì, không cần ta liên tục đưa hạt tải điện vào, gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) tự lực.

- Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:

1. Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá.

2. Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.

3. Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra êlectron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.

4. Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào, làm bật êlectron ra khỏi catôt và trở thành hạt tải điện.

Tuỳ cơ chế sinh hạt tải điện mới trong chất khí mà ta có các kiểu phóng điện tự lực khác nhau.

Hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất là tia lửa điện và hồ quang điện

TIA LỬA ĐIỆN VÀ HỒ QUANG ĐIỆN

1.Qúa trình dẫn điện tự lực

a/Định nghĩa :Qúa trình dẫn điện tự lực là quá trình xuất hiện dòng điện trong chất khí có thể tự duy trì không cần tạo ra các hạt tải điện.

b/Điều kiện:

+ Dòng điện chạy qua làm tăng nhiệt độ , các phân tử khí bị ion hóa.

+ Cường độ điện trường trong không khí rất lớn làm phân tử khí bị ion hóa.

+Các điện cực bi nung nóng đỏ có thể phát ra electron.

+ Các ion dương có năng lượng lớn đập vào điện cực có thể phát ra

2.Tia lửa điện

a/Định nghĩa: Tia lửa điện là quá trình dẫn điện tự lực khi điện trường đủ mạnh làm ion hóa chất khí thành ion dương và electron.

b/Điều kiện: Tia lửa điện có thể hình thành ở điều kiện thường khi điện trường tới ngưỡng 3. $10^{6}$ V/m. Hiệu điện thế đủ để phát phát sinh tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.

c/Ứng dụng: Bộ phận đánh lửa sét ,từ đám mây giông.

hinh-anh-dong-dien-trong-chat-khi-915-1

3.Hồ quang điện

a/Định nghĩa: Hồ quang điện là quá trình dẫn điện tự lực của chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp , đặt vào hai điện thế không lớn có kèm nhiệt và phát sáng.

b/Điều kiện:

+ Làm cho hai đầu nóng đỏ, cung cấp điện trường đủ mạnh

+ Có dạng vòng cung và phát sáng giữa hai điện cực xung quanh có nhiệt độ cao nên dẫn điện tốt.

c/Ứng dụng : Hàn , đun chảy vật liệu, làm đèn phát sáng.

hinh-anh-dong-dien-trong-chat-khi-915-2

Xem thêm Dòng điện trong chất khí

Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các elctron

CÁCH TẠO DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG

1/Khái niệm chân không: chân không là môi trường đã lấy đi tất cả các phần tử khí. Không chứa các hạt tải điện.

2/Dòng điện trong chân không

Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không đó.

3/Cách tạo ra dòng điện trong chân không

Xét một ống chân không có hai cực và môi trường là chân không.Đặt vào anot và catot một hiệu điện thế $U_{A K} > 0$ ,dẫn đến catot bi nung nóng đỏ các electron bức ra do chuyển động nhiệt dưới tác điện trường các electron này bay đến anot tạo thành dòng điện.Khi $U_{A K}$ càng lớn, thì dòng điện bão hòa càng lớn (do số electron đến được điện cực nhiều hơn).

4/ Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chân không vào hiệu điện thế

hinh-anh-dong-dien-trong-chan-khong-916-0

TIA CATOT (TIA ÂM CỰC)

1/Hoạt động của tia catot

Đặt một hiệu điện thế lớn vào hai cực, sau đó dùng bơm để hút hết không khí ra ngoài để môi trường là chân không.

2/Tính chất

+ Tia catot tích điện âm cho vật cản.

+ Tia catot có năng lượng lớn, làm đen kính ảnh.

+ Tia catot bị lệch trong điện trường, từ trường.

3/ Ứng dụng

Làm đèn hình, ống phòng điện tử.

Xem thêm Dòng điện trong chân không

Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của electron dẫn ngược chiều điện trường và của lỗ trống cùng chiều điện trường.

HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

1/Bán dẫn loại p và bán dẫn loại n

Bán dẫn loại n là chất bán dẫn có hạt tải điện mang điện tích âm.

Bán dẫn loại p là chất bán dẫn có hạt tải điện mang điện tích dương.

2/Electron và lỗ trống

Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.

Electron dẫn là electron bị bứt ra khỏi mối liên kết, trở nên tự do và trở thành hạt tải điện.

Lỗ trống là vị trí của electron khi bị bứt ra (cũng được xem là điện tích dương).

hinh-anh-dong-dien-qua-chat-ban-dan-918-0

Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các electron dẫn ngược chiều điện trường và các lỗ trống cùng chiều điện trường.

LỚP CHUYỂN TIẾP P-N

1/Định nghĩa:

Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền bán dẫn loại p và miền bán dẫn loại n trên một tinh thể bán dẫn.( Còn gọi là lớp nghèo)

hinh-anh-dong-dien-qua-chat-ban-dan-918-1

Dòng điện chỉ chạy qua được lóp chuyển tiếp p-n theo chiều từ p sang n, nên lớp chuyển tiếp p-n được dùng làm điôt bán dẫn để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.

2/Đặc điểm: Các electron dẫn và các lỗ trống ở lớp tiếp giáp ghép cặp với nhau dẫn đến giảm mật độ hạt tải điện nên điện trở của lớp nghèo rất lớp.

3/Dòng điện trong lớp nghèo

Trong lớp nghèo, có điện trường tiếp xúc từ n sang p .

Khi điện trường đặt vào p-n ,lỗ trống dẫn cùng chiều E, electron dẫn ngược chiều E.

Khi điện trường đặt vào n-p, lớp nghèo mở rộng.

3/Hiện tượng phun hạt tải điện

Hiện tượng phun hạt tải điện là hiện tượng khi hạt đi theo chiều thuận, có sự phun hạt từ vùng này sáng vùng khác.

4/Ứng dụng : ,Tranzito Điot bán dẫn

hinh-anh-dong-dien-qua-chat-ban-dan-918-2

Xem thêm Dòng điện qua chất bán dẫn

Xem tất cả công thức liên quan

Các lý thuyết liên quan

1. Dòng điện trong kim loại

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

- Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron dưới tác dụng của điện trường.

2. Điện trở suất của kim loại

- Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất: $ρ = ρ_{0} [1 + α (t - t_{0})]$

- Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động của hạt tải điện làm cho điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Đến gần $0^{o} K$ , điện trở của kim loại rất nhỏ.

3. Suất điện động nhiệt điện

Cặp nhiệt điện là hai dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn $T_{1}, T_{2}$ khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện $E = α_{T} (T_{1} - T_{2})$ .

4. Hiện tượng siêu dẫn

- Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ T nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) giảm đột ngột đến giá trị bằng không.

- Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến bằng 0 khi nhiệt độ bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ tới hạn $T \leq T_{C}$ .

Xem thêm Dòng điện trong kim loại.

a. Chất điện phân

- Các dung dịch muối, axit, bazơ hay các muối nóng chảy được gọi là các chất điện phân.

- Hạt tải điện trong chất điện phân là các ion dương, ion âm bị phân li từ các phân tử muối, axit, bazơ.

hinh-anh-dong-dien-trong-chat-dien-phan-86-0

- Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại vì mật độ các ion trong chất điện phân nhỏ hơn mật độ các electron trong kim loại, khối lượng và kích thước của các ion lớn hơn khối lượng và kích thước của các electron nên tốc độ chuyển động có hướng của chúng nhỏ hơn.

b. Dòng điện trong chất điện phân

Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau trong điện trường.

hinh-anh-dong-dien-trong-chat-dien-phan-86-1

c. Hiện tượng dương cực tan

- Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch.

- Khối lượng chất thoát ra ở cực của bình điện phân tính ra gam:

m = kq = $\frac{1}{F} \frac{A}{n} I t$ ; với F = 96500 C/mol.

d. Hiện tượng điện phân

- Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất động lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.

- Hiện tượng điện phân được áp dụng trong các công nghệ luyện kim, hóa chất, mạ điện, …

Xem thêm Dòng điện trong chất điện phân

Xem tất cả lý thuyết liên quan