Tiểu luận Dòng điện trong các môi trường – Luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Đa số các ứng dụng của điện tương quan đến dòng điện, nghĩa là tương quan đến dòng chuyển dời của các điện tích, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể quan sát dòng điện ở mọi môi trường như dòng điện rất lớn phóng qua môi trường khí tạo nên sét, dòng điện chạy trong dây dẫn sắt kẽm kim loại trong mái ấm gia đình cung ứng nguồn năng lượng điện cho các công cụ điện như đèn chiếu sáng, bàn là, tủ lạnh Chúng ta hoàn toàn có thể quan sát hình ảnh trên màn hình hiển thị ti vi nhờ có chùm êlectron hoạt động trong vùng chân không bên trong ống hình tính năng lên màn huỳnh quang. Các linh phụ kiện bán dẫn đã xuất hiện trong các đồ điện quen thuộc của các mái ấm gia đình như máy tính, điện thoại di động, bộ tinh chỉnh và điều khiển từ xa Các ứng dụng dựa trên cơ sở triết lý dòng điện trong các môi trường đã và đang ngày càng tăng trưởng cao. Để tìm hiểu và khám phá sâu hơn về yếu tố nhóm chúng tôi đã nỗ lực triển khai bài tiểu luận : “ Dòng điện trong các môi trường và ứng dụng ”. Trong bài này nhóm chúng tôi trình diễn những cơ sở triết lý và ứng dụng của dòng điện trong các môi trường từ trước đến nay. Do kỹ năng và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều sai sót, thế cho nên nhóm chúng tôi rất mong sự thông cảm và góp ý từ phía bạn đọc .

99 trang

Bạn đang đọc: Tiểu luận Dòng điện trong các môi trường – Luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

| Chia sẻ : ngtr9097

| Lượt xem: 8125

Xem thêm: Các linh kiện điện tử cơ bản – TKTECH Co., LTD

| Lượt tải: 10

Xem thêm: Các linh kiện điện tử cơ bản – TKTECH Co., LTD

Bạn đang xem trước 20 trang

tài liệu Tiểu luận Dòng điện trong các môi trường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÍ TIỂU LUẬN MÔN : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI : DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Thầy LÊ VĂN HOÀNG SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN THỊ YẾN NHI NGUYỄN THỊ SANG NGUYỄN THỊ KIỀU THU NGUYỄN THANH NGỌC THỦY ĐẶNG NGỌC THANH VÂN NGUYỄN THỊ YẾN MUC LUC LỜI MỞ ĐẦU Đa số các ứng dụng của điện tương quan đến dòng điện, nghĩa là tương quan đến dòng chuyển dời của các điện tích, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể quan sát dòng điện ở mọi môi trường như dòng điện rất lớn phóng qua môi trường khí tạo nên sét, dòng điện chạy trong dây dẫn sắt kẽm kim loại trong mái ấm gia đình phân phối nguồn năng lượng điện cho các công cụ điện như đèn chiếu sáng, bàn là, tủ lạnh … Chúng ta hoàn toàn có thể quan sát hình ảnh trên màn hình hiển thị ti vi nhờ có chùm êlectron hoạt động trong vùng chân không bên trong ống hình tính năng lên màn huỳnh quang. Các linh phụ kiện bán dẫn đã xuất hiện trong các đồ điện quen thuộc của các mái ấm gia đình như máy tính, điện thoại di động, bộ điều khiển và tinh chỉnh từ xa … Các ứng dụng dựa trên cơ sở triết lý dòng điện trong các môi trường đã và đang ngày càng tăng trưởng cao. Để khám phá sâu hơn về yếu tố nhóm chúng tôi đã nỗ lực thực thi bài tiểu luận : “ Dòng điện trong các môi trường và ứng dụng ”. Trong bài này nhóm chúng tôi trình diễn những cơ sở kim chỉ nan và ứng dụng của dòng điện trong các môi trường từ trước đến nay. Do kỹ năng và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều sai sót, thế cho nên nhóm chúng tôi rất mong sự thông cảm và góp ý từ phía bạn đọc. Chân thành cảm ơn. Nhóm thực thi. Chương 1 : Dòng Điện Trong Kim Loại Cấu trúc của sắt kẽm kim loại Một nguyên tử riêng không liên quan gì đến nhau gồm có hạt nhân mang điện tích dương ở TT và các electron hoạt động xung quanh. Giữa chúng có lực tương tác tĩnh điện để link hạt nhân với các electron tạo thành nguyên tử bền vững và kiên cố. Sự link này được tưởng tượng như hàng rào thế năng giam giữ các electron trong nguyên tử. Khi các nguyên tử đơn lẻ tiến lại gần nhau link thành mạng tinh thể, khoảng cách giữa các nguyên tử co ngắn lại làm hàng rào thế hạ xuống, lực tương tác của electron hóa trị lớp ngoài cùng với hạt nhân là rất yếu và các electron này được xem là electron tự do. Như vậy, tinh thể sắt kẽm kim loại gồm có các ion dương sắp xếp trật tự tuần hoàn, chiếm vị trí các nút mạng tinh thể. Các electron hóa trị tách Hình 1.1 : thế năng tương tác giữa các nguyên tử trong sắt kẽm kim loại khỏi nguyên tử, chuyển dời tự do trong hàng loạt mạng tinh thể trở thành electron tự do. Các electron này link không riêng gì với một ion dương mà nó link với toàn bộ các ion dương khác trong mạng tinh thể. Các electron hóa trị đã trở thành các electron tự do và được dùng chung cho cả mạng tinh thể .. Số nguyên tử trong tinh thể rất lớn, mỗi nguyên tử hoàn toàn có thể góp phần một vài electron hóa trị, các electron này có tỷ lệ rất lớn nên bao trùm hàng loạt thể tích của tinh thể sắt kẽm kim loại ( tỷ lệ electron tự do tương ứng với tỷ lệ nguyên tử, vào lúc 1028 electron / m3 ). Tương tác giữa đám mây electron tự do mang điện tích âm và các ion ớ nút mạng mang điện tích dương chính là lực link tạo nên tinh thể sắt kẽm kim loại vững chắc. Hình 1.2 : sự tập thể hóa các electron tự dolớp 3 s của các nguyên tử Natri Tinh thể sắt kẽm kim loại có đặc thù là tỷ lệ electron tự do rất lớn, các electron này rất linh động, thuận tiện hoạt động tự do trong hàng loạt mạng tinh thể nên các vật dẫn sắt kẽm kim loại có các đặc thù đặc biệt quan trọng như dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có độ bền uốn, độ bền kéo cao. Nội dung thuyết electron về sắt kẽm kim loại Các chất được cấu trúc từ các phân tử, các phân tử do các nguyên tử tạo thành. Mỗi nguyên tử đều có hạt nhân mang điện tích dương, tập trung chuyên sâu hầu hết khối lượng của nguyên tử. Các electron mang điện tích âm ( – e ) hoạt động xung quanh hạt nhân, e là điện tích nguyên tố có giá trị e = 1,6. 10-19 C. Hạt nhân nguyên tử ở vị trí TT của nguyên tử, nó có kích cỡ rất nhỏ ( đường kính khoảng chừng 10-13 m ). Hạt nhân gồm có proton mang điện tích + e ( = 1,6. 10-19 C ), khối lượng mp = 1,673. 10-27 kg, lớn gấp 1836 lần khối lượng của electron me = 9,1. 10-31 kg và hạt nơtron không mang điện có khối lượng giao động khối lượng hạt proton. Hình 1.3 : quy mô nguyên tử Natri Trong nguyên tử trung hòa về điện thì số electron bằng số proton. Do khối lượng của electron rất bé so với khối lượng của proton nên electron dễ chuyển dời hơn proton rất nhiều. Nếu vì một nguyên do nào đó, nguyên tử mất đi 1 số ít electron thì tổng đại số các điện tích trong nguyên tử là 1 số ít dương. trái lại nguyên tử nhận thêm 1 số ít electron, số electron trong nguyên tử lớn hơn số proton. Nguyên tử trở thành ion âm. Trong sắt kẽm kim loại có các electron tự do. Mật độ electron tự do giao động bằng tỷ lệ của nguyên tử trong sắt kẽm kim loại nên rất lớn. Tập hợp các electron tự do trong sắt kẽm kim loại được coi như khí electron, có đặc thù giống như khí lý tưởng. Khí electron tuân theo các định luật của khí lí tưởng. Giải thích đặc thù điện của sắt kẽm kim loại Giải thích tính dẫn điện tốt của sắt kẽm kim loại Bằng thuyết electron Kim loại dẫn điện tốt vì tỷ lệ electron tự do trong sắt kẽm kim loại rất lớn. Tính dẫn điện của sắt kẽm kim loại được lý giải như sau : Các electron tự do trong sắt kẽm kim loại có vận tốc rất lớn ( cỡ 105 m / s ), hoạt động nhiệt hỗn độn tán xạ trên các chỗ mất trật tự của mạng tinh thể nên không có hướng ưu tiên. Xét số electron hoạt động theo một chiều nào đó, về trung bình luôn bằng số electron hoạt động theo chiều ngược lại. Điện lượng tổng số bởi các electron đi qua một mặt bất kể theo một chiều nào đó là bằng không. Vậy hoạt động hỗn loạn của các electron tự do không tạo ra dòng điện trong vật dẫn sắt kẽm kim loại. Hình 1.4 : hoạt động nhiệt và hoạt động cuốn của electron trong nguyên tử sắt kẽm kim loại Khi đặt một hiệu điện thế bên ngoài vào hai đầu của vật dẫn sắt kẽm kim loại, do chịu tính năng của lực điện trường, các electron tự do nhận thêm một thành phần tốc độ hoạt động có hướng ngược chiều điện trường ngoài. Trong đó F là lực do điện trường ngoài công dụng lên một electron. Khi đó số electron hoạt động ngược với chiều điện trường ngoài sẽ lớn hơn số electron hoạt động cùng chiều với điện trường ngoài, nghĩa là Open chuyển dời có hướng của các hạt điện tích dẫn đến trong sắt kẽm kim loại có dòng điện. Dòng điện trong sắt kẽm kim loại là dòng di dời có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường ngoài tính năng lên sắt kẽm kim loại Bằng lí thuyết lượng tử Giải thích tính dẫn điện của sắt kẽm kim loại bằng lí thuyết dải nguồn năng lượng Kim loại có số electron tự do lớn nên dẫn điện tốt. Ở độ không tuyệt đối, các electron hóa trị chỉ chiếm một phần các trạng thái của dải nguồn năng lượng mà nó chiếm chỗ, trong dải còn nhiều trạng thái nguồn năng lượng còn trống. Theo quan điểm lượng tử, sóng electron không va chạm khi hoạt động trong mạng tinh thể lí tưởng trọn vẹn trật tự, nên electron dẫn có quãng đường hoạt động tự do rất lớn. Thực tế, quãng đường hoạt động tự do của electron bị hạn chế do trong tinh thể thực luôn sống sót các khuyết tật do sai hỏng mạng tinh thể và tạp chất. Trong hoạt động có hướng, các electron tự do luôn tán xạ với các chỗ nhỏ mất trật tự của mạng tinh thể làm các electron bị tổn hao nguồn năng lượng hoạt động có hướng. Nguyên nhân làm cho mạng tinh thể có những chỗ mất trật tự hoàn toàn có thể do hoạt động nhiệt của các ion dương ở nút mạng giao động Hình 1.5 : Cấu trúc dải năng luợng của êlectron trong tinh thể quanh vị trí cân đối làm tăng biên độ tán xạ. Các nguyên tử tạp chất có trong mạng tinh thể gây ra các khuyết tật của mạng tinh thể hoặc do các tác nhân cơ học gây nên các xô lệch điểm, rơi lệch đường, xô lệch khối của mạng tinh thể. Các nguyên do đó làm cản trở dòng hoạt động của các electron, cản trở dòng điện trong sắt kẽm kim loại hay sắt kẽm kim loại có điện trở. Các sắt kẽm kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau, do đó công dụng cản trở hoạt động của các electron tự do khác nhau. Đó là nguyên do gây ra điện trở suất của các sắt kẽm kim loại khác nhau là khác nhau. Trong các sai hỏng mạng nói trên, sai hỏng do tạp chất, do cơ học ít nhờ vào nhiệt độ. Nhưng sai hỏng do giao động của các ion nhờ vào mạnh vào nhiệt độ. Nhiệt độ tăng lên, dao động nhiệt của các ion nút mạng tăng, dẫn đến sự tán xạ của electron tăng, mà số electron tự do không đổi. Vì vậy điện trở suất của sắt kẽm kim loại tăng tuyến tính theo nhiệt độ. Giải thích nguyên do gây ra điện trở Trong hoạt động có hướng, các electron tự do luôn tương tác với các ion nằm ở nút mạng xê dịch quanh vị trí cân đối và những chỗ mất trật tự của mạng tinh thể. Giữa hai va chạm sau đó, các electron hoạt động có tần suất dưới công dụng của điện trường ngoài và nó có một nguồn năng lượng xác lập do điện trường cung ứng. Sau va chạm, các electron bị tổn hao nguồn năng lượng hoạt động có hướng, nói cách khác sắt kẽm kim loại cản trở dòng điện hay sắt kẽm kim loại có điện trở. Nguyên nhân gây ra điện trở là sự va chạm của các electron tự do vào các ion dương của mạng tinh thể. . Giải thích tính nhờ vào nhiệt độ của điện trở Khi electron va chạm với nút mạng, nó truyền nguồn năng lượng nhận được từ điện trường ngoài cho nút mạng làm cho các nút mạng giao động mạnh hơn, nghĩa là sắt kẽm kim loại nhận được nguồn năng lượng dưới dạng nhiệt. Vì vậy, khi có dòng điện chạy qua sắt kẽm kim loại nóng lên. Khi ta tăng nhiệt độ cho sắt kẽm kim loại, các ion sắt kẽm kim loại ở nút mạng xê dịch mạnh hơn làm tăng tiết diện tán xạ, nên electron tự do dễ va chạm với nút mạng hơn, dẫn đến điện trở suất của sắt kẽm kim loại tăng tuyến tính với nhiệt độ của sắt kẽm kim loại. Các hiện tượng kỳ lạ nhiệt điện Sự Open hiệu điện thế tiếp xúc tại các mối hàn dẫn đến 1 số ít hiện tượng kỳ lạ sau Hiện tượng Seebeck Năm 1821, nhà vật lí Thomas Johann Seebeck ( 1770 – 1831 ) đã phát hiện ra hiện tượng kỳ lạ nhiệt điện ( hiện tượng kỳ lạ Seebeck ) Ở cùng một nhiệt độ, một mạch kín gồm hai sắt kẽm kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau, trong mạch không có dòng điện. Nếu nhiệt độ ở hai mối hàn khác nhau sẽ có dòng điện chạy trong mạch. Độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối hàn càng lớn thì dòng điện càng lớn. Dòng điện này được gọi là dòng nhiệt điện, suất điện động tạo nên dòng nhiệt điện gọi là suất điện động nhiệt điện. Mạch kín nói trên được gọi là cặp nhiệt điện. Hình 1.6 : hiện tượng kỳ lạ Seebeck Nguyên nhân của hiện tượng kỳ lạ Seebeck được trình diễn như sau. Giả sử ở mạch kín gồm hai sắt kẽm kim loại khác nhau A và B, hai mối hàn có nhiệt độ bằng nhau thì tổng các hiệu điện thế tiếp xúc trong của hai mối hàn sẽ bằng không. Nếu nhiệt độ mối hàn là T1 = T và nhiệt độ của mối hàn kia là T2 = T + T và xem tỷ lệ electron tự do n1, n2 của hai sắt kẽm kim loại không nhờ vào nhiệt độ thì tổng hiệu điện thế tiếp xúc ở hai mối hàn sẽ khác không. Sự Open hiệu điện thế tiếp xúc là do sự khuếch tán của electron ở mối hàn nóng lớn hơn ở mối hàn lạnh, dẫn đến hiệu điện thế tiếp xúc ở mối hàn nóng lớn hơn. Ngoài ra còn nguyên do thứ hai là : Năng lượng của electron ở đầu nóng của thanh sắt kẽm kim loại cao hơn ở đầu lạnh, nên tốc độ hoạt động nhiệt lớn hơn, cho nên vì thế dòng khuếch tán đi từ đầu nóng đến đầu lạnh lớn hơn dòng khuếch tán ngược lại. Kết quả là đầu nóng tích điện dương còn đầu lạnh tích điện âm. Trong sắt kẽm kim loại, các vùng điện tích khoảng trống Open tạo nên điện trường. Nếu hiệu nhiệt độ T của hai mối hàn không quá lớn, thì suất điện động toàn phần tỉ lệ với hiệu nhiệt độ đó. E = ( T2 – T1 ) Hệ số nhiệt động ( V / K ) phụ thuộc vào vào vật tư làm cặp nhiệt điện. Các ứng dụng Nhiệt kế nhiệt điện Cặp nhiệt điện dùng để đo các nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp mà các nhiệt kế thường thì dùng chất lỏng như thủy ngân, rượu màu không đo được. Cặp nhiệt điện gồm hai vật dẫn khác loại với nhau ( dây 1 và dây 2 ) được hàn nối với nhau, một đầu hàn được gọi là đầu nóng. Hai dây sắt kẽm kim loại cùng mối hàn nóng ( TA ) thường được đặt trong ống sứ cách điện để cách ly mọi tiếp xúc ở vùng ngoài mối hàn .. Để cặp nhiệt điện phản ứng nhanh với nhiệt độ bên ngoài, mối hàn nóng hoàn toàn có thể được tiếp xúc với lớp vỏ sắt kẽm kim loại. Pin nhiệt điện Hình 1.7 : sơ đồ các cặp pin nhiệt điện Mỗi cặp nhiệt điện phân phối một suất điện động nhiệt điện rất nhỏ. Nhiều cặp nhiệt điện mắc tiếp nối đuôi nhau nhau hoàn toàn có thể tạo thành một bộ pin có năng lực cho suất điện động khoảng chừng vài vôn. Các mối hàn chẵn 2.4.6. 8 được đặt ở nhiệt độ T1 còn các mối hàn lẻ 1.3.5. 7.9 đặt ở nhiệt độ T2. Hiệu suất của pin nhiệt điện rất thấp, chỉ khoảng chừng 0.1 % nên không có hiệu suất cao kinh tế tài chính. Pin nhiệt điện được làm bằng hai thanh dẫn khác loại ( bán dẫn loại p và bán dẫn loại n ) có thông số nhiệt động lớn hơn, hiệu suất cao hơn. Hiện tượng Peltier Khi cho dòng điện qua vật dẫn không như nhau, ngoài nhiệt lượng Joule _ Lenz tỏa ra trong thể tích vật dẫn, người ta còn quan sát thấy một hiện tượng kỳ lạ nhiệt phụ nữa xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa hai sắt kẽm kim loại khác nhau. Khi có dòng điện qua chỗ tiếp xúc giữa hai sắt kẽm kim loại thì ở đó sẽ có sự tỏa nhiệt hay hấp thụ nhiệt tùy theo chiều dòng điện. Nó làm cho chổ tiếp xúc hoặc là nóng lên hoặc là lạnh đi. Hiện tượng nhiệt điện này là do Jean Peltier ý tưởng năm 1834 Hình 1.8 : sơ đồ các cặp pin nhiệt điện Để đo nhiệt lượng tỏa ra hay hấp thụ của hiện tượng kỳ lạ Peltier người ta dung mạch điện gồm hai vật dẫn khác nhau hàn nối với nhau. Nếu tại mối hàn T2 dòng điện đi từ B sang sắt kẽm kim loại A thì tại mối hàn T1 dòng điện sẽ đi từ mối hàn A sang sắt kẽm kim loại B. Vì vậy nếu mối hàn T2 nóng lên thì mối hàn T1 lạnh đi và ngược lại. Sự đổi khác nhiệt độ của các mối hàn được xác lập nhờ nhiệt lượng kế. Sau khoảng chừng thời hạn t, ở mối hàn tỏa ra một nhiệt lượng bằng tổng các nhiệt lượng Joule_Lenz và nhiệt lượng Peltier : Q1 = RI2t + Q. Còn tại mối hàn kia tỏa ra nhiệt lượng là : Q2 = RI2t – Q. Vì vậy : Q1 – Q2 = 2Q Thí nghiệm chứng tỏ rằng nhiệt lượng Peltier Q tỏa ra hay hấp thụ tại mối hàn tỉ lệ thuận với điện tích toàn phần q đi qua mối hàn : Hệ số được gọi là thông số Peltier. Nó nhờ vào vào thực chất của các sắt kẽm kim loại tiếp xúc nhau và vào nhiệt độ của mối hàn, Người ta thường kí hiệu thông số peltier AB khi dòng điện có chiều từ vật dẫn B sang vật dẫn A và bằng BA khi dòng điện có chiều ngược lại. Trong cả hai trường hợp, nhiệt lượng peltier có giá trị như nhau, chỉ khác nhau về dấu : AB = – BA Chú ý rằng, giữa hiện tượng kỳ lạ tỏa nhiệt Joul_Lentz và hiện tượng kỳ lạ Peltier có sự khác nhau cơ bản. Nhiệt lượng Joule_ Lentz tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện và không nhờ vào vào chiều của dòng điện. Còn nhiệt lượng Peltier tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và biến hóa dấu khi dòng điện đổi chiều. Nhiệt lượng Joule_Lenz phụ thuộc vào vào điện trở vật dẫn trong khi nhiệt lượng peltier không nhờ vào vào điện trở. Hệ số Peltier được tính bằng J / C hay bằng vôn và có độ lớn vào lúc 10-2 – 10-3 V Nhiệt lượng peltier thường nhỏ so với nhiệt lượng Joule_Lenz nên cần dùng các vật dẫn có điện trở nhỏ để nhiệt lượng Joule_Lenz không làm lu mờ hiện tượng kỳ lạ Peltier. Nguyên nhân của hiện tượng kỳ lạ Peltier là sự sống sót của hiệu điện thế tiếp xúc trong. Nếu điện trường tạo ra ở mối hàn do hiệu điện thế tiếp xúc mà làm tăng vận tốc electron dẫn thì động năng của các electron dẫn tăng lên và các electron dẫn nhường động năng dư cho mạng tinh thể. Kết quả là mối hàn đó nóng lên và tỏa nhiệt lượng phụ. Nếu electron hoạt động theo chiều ngược lại thì điện trường làm giảm vận tốc của electron, động năng của các electorn dẫn giảm và electron phải lấy nguồn năng lượng còn thiếu từ mạng tinh thể. Do mối hàn phải phân phối nguồn năng lượng cho electron nên mối hàn lạnh đi. Ứng dụng : Máy lạnh sử dụng hiệu ứng nhiệt điện Ứng dụng hiện tượng kỳ lạ Peltier, người ta phong cách thiết kế một linh phụ kiện gồm hai vật dẫn khác nhau có hai mối hàn tạo thành mạch điện. Khi cho dòng điện chạy qua, một đầu mối hàn nóng lên, còn đầu kia lạnh đi. Điều đó có nghĩa là hoàn toàn có thể sản xuất được một linh phụ kiện có hai mặt, một mặt lạnh chuyển nhiệt sang mặt nóng. Để hiệu suất hoạt động giải trí của thiết bị làm lạnh theo nguyên lí của hiện tượng kỳ lạ Peltier cao hơn, người ta lấy hai vật dẫn sắt kẽm kim loại khác nhau bằng hai tấm bán dẫn khác loại, bán dẫn loại p và bán dẫn loại n. Hiện tượng Thomson Năm 1854 William Thomson đã phát hiện ra rằng một vật dẫn đồng chất mà có biến thiên nhiệt độ thì khi có dòng điện chạy qua sẽ Open một nhiệt lượng phụ tỏa ra hay hấp thụ trong vật dẫn, độc lập với nhiệt lượng Joul_ Lenz. Lượng nhiệt này bổ trợ thêm hoặc hấp thụ bớt đi làm cho nhiệt lượng của vật dẫn tăng lên hay giảm đi so với khi chỉ có nhiệt lượng Joule_ Lenz. Hiện tượng này gọi là hiện tượng kỳ lạ Thomson. Thí nghiệm quan sát hiện tượng kỳ lạ Thomson được sắp xếp như sau : Hai vật dẫn a và b giống nhau, làm bằng cùng một vật tư được mắc vào một mạch điện. Hai đầu của vật dẫn được giữ ở nhiệt độ khác nhau. Khi đó, dọc theo các vật dẫn Open một biến thiên nhiệt độ nên Open các dòng nhiệt. Trong vật dẫn b, chiều dòng nhiệt trùng với chiều dòng điện, còn trong vật dẫn a, chiều của hai dòng đó lại ngược nhau. Trên hai vật dẫn chọn hai điểm a và b sao cho khi chưa có dòng điện, nhiệt độ tại hai điểm đó là như nhau. Thực nghiệm cho thấy, khi có dòng điện trong mạch, nhiệt độ tại hai điểm đó là khác nhau. Điều đó chứng tỏ nhiệt lượng Joule_lenz tỏa ra trong một vật dẫn và bị hấp thụ ở vật dẫn kia. Nhiệt lượng đó gọi là nhiệt lượng Thomson. Hình 1.9 : hiện tượng kỳ lạ Thomson Hiện tượng Thomson được lý giải như sau : Khi nhiệt độ hai đầu dây dẫn khác nhau sẽ có dòng electron khuếch tán từ đầu nóng đến đầu lạnh lớn hơn dòng khuếch tán theo chiều ngược lại. Giữa hai đầu của vật dẫn Open một điện trường phụ, hướng từ đầu nóng sang đầu lạnh. Khi electron đi từ đầu lạnh đến đầu nóng thì điện trường phụ làm tăng cường electron và trong dây dẫn tỏa ra một nhiệt lượng phụ. Nếu electron đi từ đầu nóng đến đầu lạnh, đi ngược chiều điện trường thì điện trường phụ sẽ hãm các electron lại, do đó trong dây dẫn electorn hấp thụ một nhiệt lượng của vật dẫn. Ngoài nguyên do trên còn một nguyên do khác. Electron ở đầu nóng có nguồn năng lượng của hoạt động nhiệt cao hơn ở đầu lạnh. Khi các electron dưới tính năng của điện trường đi từ đầu nóng đến đầu lạnh, chúng sẽ truyền phần nguồn năng lượng còn dư cho mạng tinh thể làm cho vật dẫn nóng lên. Khi dòng điện có chiều ngược lại, các electron đi từ đầu lạnh đến đầu nóng, chúng sẽ nhận thêm nguồn năng lượng của mạng tinh thể, tức là hấp thụ nhiệt. Khi dòng điện trong vật dẫn chạy theo một chiều nào đó thì công dụng tỏa nhiệt hay hấp thụ nhiệt của hai nguyên do trên trái ngược nhau. Điều này lý giải tại sao trong một số ít sắt kẽm kim loại khi chiều dòng điện và chiều dòng nhiệt trùng nhau thì có sự tỏa nhiệt, còn 1 số ít sắt kẽm kim loại khác trong điều kiện kèm theo ấy lại có sự hấp thụ nhiệt. Siêu dẫn Dòng điện trong sắt kẽm kim loại bị tổn hao nguồn năng lượng do các electron hoạt động va chạm với các vị trí mất trật tự của mạng tinh thể. Trong các nguyên do làm cản trở hoạt động của electron, đáng kể nhất là xê dịch của các ion nút mạng. Sự mất trật tự này tăng lên khi nhiệt độ tăng, làm cho điện trở của vật dẫn tăng. Theo biểu thức điện trở suất của sắt kẽm kim loại, khi nhiệt độ giảm đều thì điện trở suất của sắt kẽm kim loại cũng giảm đều. Năm 1911, nhà vật lý người Hà Lan Kamerlingh Onnes đã phát hiện ra, điện trở của thủy ngân bất thần giảm tới 0 khi nhiệt độ của thủy ngân giảm xuống tới 4,2 K. Nhiệt độ Tc = 4.2 K được gọi là nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn của thủy ngân. Trên nhiệt độ chuyển pha, thủy ngân ở trạng thái thường, dưới nhiệt độ chuyển pha, thủy ngân ở trạng thái siêu dẫn ( điện trở bằng 0 ). Do ý tưởng này, năm 1913 Kamerlingh Onnes đã nhận phần thưởng Nobel. Hình 1.10 : Hiệu ứng Meissner. Dẫn điện của chất siêu dẫn trọn vẹn khác với dẫn điện của sắt kẽm kim loại. Đầu những năm 1960, H.Bardeen, L.N. Copper và J.R.Schrieffer đưa ra lí thuyết lý giải vì sao các phân tử tải điện hoàn toàn có thể hoạt động không bị cản trở trong các chất siêu dẫn ở nhiệt độ thấp. Lí thuyết BCS giả thiết rằng các hạt tải điện không phải là các electron riêng không liên quan gì đến nhau mà là cặp các electron. Các cặp Cooper như vậy được xem là các hạt tải điện với đặc thù rất khác với các electron riêng không liên quan gì đến nhau. Để tạo ra cặp Cooper, lí thuyết xem rằng có một electron hoạt động qua mạng tinh thể làm mạng bị biến dạng, khiến cho tỷ lệ điện tích dương quanh electron này tăng lên trong thời hạn rất ngắn. Nếu vào thời gian đó một electron thứ hai tiến đến dải này, nó sẽ bị hút vào trong dải bởi tỷ lệ điện tích dương lớn hơn

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử