Lý thuyết về dòng điện trong các môi trường môn vật lí lớp 11 | Vật Lý, Lớp 11 - Ôn Luyện

- Khi mất tác nhân ion hóa, các ion dương, ion âm, và electron trao đổi điện tích với nhau hoặc với điện cực để trở thành các phân tử khí trung hoà, nên chất khí trở thành không dẫn điệ[r]

I CHẤT KHÍ LÀ MÔI TRƯỜNG CÁCH ĐIỆN

Câu hỏi: Từ hiểu biết của bạn hãy cho biết sẽ thế nào nếu chất khí là môi trường dẫn điện?

Ở điều kiện thường, chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí đều trung hòa điện, nên trong chất khí không có hạt tải điện

Trong một số điều kiện đặc biệt như khi có ngọn lửa ga hay chiếu bức xạ của tia tử ngoại, không khí trở nên dẫn điện

II SỰ DẪ ĐIỆN CUẢ CHẤT KHÍ TRONG ĐIỀU KIỆN THƯỜNG

1 TN1

Câu hỏi: Tích điện cho điện nghiệm, quan sát thí nghiệm, nêu hiện tượng xảy ra? Giair thích?

Tích điện vào một cái điện nghiệm, theo thời gian ta thấy góc của hai lá kim loại giảm dần Như vậy, điện đã truyền qua chất khí ở điều kiện thường đến các vật khác

=> Kết luận 1: Chất khí không phải tuyệt đối không dẫn điện (Chứa rất ít hạt tải điện)

2 TN2

https://www.youtube.com/watch?v=mIRK-oE87Qs

Miêu tả hiện tượng thí nghiệm:

 Khi không đốt đèn ga, kim điện kế hầu như chỉ số 0

 Khi đốt đèn ga, kim điện kế lệch khỏi vị trí 0

 Kéo đèn ga ra xa, dùng quạt thổi khí nóng đi qua giữa hai bản cực, kim điện kế vẫn lệch

 Tắt đèn, kim điện kế lại chỉ số 0

 Thay đèn ga bằng đèn thủy ngân (nguồn phát tia tử ngoại) ta thấy những kết quả tương tự

=> Kết luận 2:

 Bình thường không khí là chất điện môi

 Khi bị đốt nóng hoặc chiếu tia tử ngoại , chất khí có xuất hiện các hạt tải điện => chất khí có thể dẫn điện

 Khi dừng lại, các phân tử trở về trạng thái trung hòa => không dẫn điện

III BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ

1 Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa

a Câu hỏi: Khi có ngọn đèn cồn thì trong không khí tồn tại những hạt nào?

Ban đầu chất khí gồm các phân tử trung hòa

b Tia tử ngoại làm phân tử biến thành ion+ và

e-=> Hiện tượng phân tử khí trung hòa bị tách electron thành ion âm và ion dương gọi là sự ion hóa

c e- kết hợp với phân tử trung hòa thành

ion-Câu hỏi mở rộng: e- kết hợp với ion dương tạo thành gì?

phân tử trung hòa (sự tái hợp)

Câu hỏi: Khi chưa có điện trường, các hạt mang điện chuyển động như thế nào ?

Bình thường các ion và các electron chuyển động nhiệt hỗn loạn trong không khí

Câu hỏi: Khi có điện trường, hãy cho biết chiều chuyển động của các ion dương, ion âm,

và electron ?

- Khi tác động bởi điện trường:

+ Các ion dương hướng về cực âm

+ Các ion âm, electron chuyển hướng về cực dương

=> Kết luận:

- Ngọn lửa ga, tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là tác nhân ion hoá Tác nhân ion hoá đã ion hoá các phân tử khí thành các ion dương, ion âm và các electron tự do

- Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường

- Khi mất tác nhân ion hóa, các ion dương, ion âm, và electron trao đổi điện tích với nhau hoặc với điện cực để trở thành các phân tử khí trung hoà, nên chất khí trở thành không dẫn điện

2 Qúa trình dẫn điện không tự lực của chất khí

- Quá trình dẫn điện của chất khí nhờ có tác nhân ion hoá gọi là quá trình dẫn điện không

tự lực Nó chỉ tồn tại khi ta tạo ra hạt tải điện trong khối khí giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng việc tạo ra hạt tải điện

 U < Unhỏ : U tăng I tăng

 Unhỏ < U < Ulớn: I đạt giá trị bảo hòa I = Ibh

 U > Ulớn : U tăng  I tăng nhanh

Kết luận; Khi thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại giá trị của I thì ta thấy

Quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo ĐL Ôm

3 Hiện tượng nhân số hạt tải điện trong chất khí trong quá trình dẫn điện không tự lực

a) Khái niệm: Là hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí do dòng điện chạy qua

gây ra

là do các ion và electron trong điện trường được tăng tốc và va chạm vào các

phân tử khí trung hòa và chúng bị ion hóa, quá trình diễn ra theo cách thức như

vậy liên tiếp làm cho mật độ hạt tải điện tăng lên rất lớn

c) Quá trình

Tác nhân ion hóa (điện trường ngoài) tạo ra các ion dương và electron.

- Electron có kích thước nhỏ nên đi được quãng đường dài hơn Khi điện trường đủ lớn, động năng của electron cũng đủ lớn để khi va chạm với các phân tử khí trung hòa sẽ là ion hóa các phân tử này => e-, ion dương

- Quá trình này diễn ra theo kiểu thác lũ làm mật độ hạt tải điện tăng mạnh cho tới khi electron đến anot

- Lúc này, chất khí trở nên dẫn điện tốt hơn và dòng điện chạy qua chất khí tăng nhưng vẫn phụ thuộc vào số hạt tải điện mà tác nhân ion hóa từ bên ngoài sinh ra trong chất khí

IV QUÁ TRÌNH DẪN ĐIỆN TỰ LỰC TRONG CHẤT KHÍ VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ TẠO

RA QUÁ TRÌNH DẪN ĐIỆN TỰ LỰC

- Khái niệm: Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí là quá trình dẫn điện vẫn tiếp tục giữ được khi không còn tác nhân ion hoá tác động từ bên ngoài

- Điều kiện: chất khí, điện cực phải tự tạo ra các hạt tải điện mới để bù lại số đã đi đến điện cực

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

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

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

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

+ Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật

electron khỏi catôt trở thành hạt tải điện

IV TIA LỬA ĐIỆN VÀ ĐIỀU KIỆN TẠO RA TIA LỬA ĐIỆN

- Định nghĩa: Là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hòa thành ion dương và electron tự do

- Điều kiện xuất hiện: trong chất khí phải có điện trường với cường độ 3.106 V/m

- Ứng dụng:

+ Bugi động cơ đốt trong

+ Cột thu lôi

+ Các biện pháp đảm bảo an toàn khi đi dưới trời mưa có sấm sét

- Tác hại: những ngày giông bão có sấp chớp gây thiệt hại nặng nề về người và của

VI HỒ QUANG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KIỆN TẠO RA HỒ QUANG ĐIỆN

https://www.youtube.com/watch?v=d4bsVp4-1s0

- Định nghĩa: Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra ở trong chất khí áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.( bản chất ngược lại với tia lửa điện)

+ Hồ quang điện có thể kèm theo tỏa nhiệt và tỏa sáng rất mạnh

- Điều kiện xuất hiện: Hai điện cực phải nóng đỏ đến mức phát xạ nhiệt điện tử (phát xạ electron) Khi có được tia lửa điện, phải duy trì hiệu điện thế giữa hai điện cực đến giá trị không lớn để tạo ra cung sáng chói

- Ứng dụng:

+ Hàn điện:

+ Đèn chiếu sáng:

+ Đun chảy vật liệu

- Tác hại: trên các mạng điện cũ nát hoặ lắp đặt không đúng kĩ thuật, nếu 2 dây điện không may chạm nhau, khi chúng rời nhau sẽ tạo ra hồ quang điện => hỏa hoạn

TỔNG KẾT BÀI HỌC

1 Hạt tải điện là gì?

+ Điều kiện thường: Không có hạt tải điện ( có rất ít)

+ Có tác nhân ion hóa: electron, ion âm, ion dương

2 Được tạo ra như thế nào? Do chất khí bị ion hóa sinh ra

3 Chuyển động như thế nào trong E?

+ Các ion dương hướng về cực âm

+ Các ion âm, electron chuyển hướng về cực dương

4 Đặc tuyến Vôn – Ampe

 U < Unhỏ : U tăng I tăng

 Unhỏ < U < Ulớn: I đạt giá trị bảo hòa I = Ibh

 U > Ulớn : U tăng  I tăng nhanh

5 Có tuân theo định luật Ôm không? Không tuân theo

6 Hiện tượng đặc thù?

+ Tia lửa điện

+ Hồ điện quang

7 Ứng dụng?

+ Tia lửa điện: bugi động cơ đốt trong, cột thu lôi, nghiên cứu các biện phát tránh sấp sét,

…

+ Hồ điện quang: đèn chiếu sáng, hàn điện, đun chảy vật liệu,…