Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông

MỞ ĐẦU
Trong những năm qua, chương trình và sách giáo khoa đã được bộ giáo dục và
đào tạo biên soạn lại và đưa vào giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng dạy và
học, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục theo chủ trương của ngành giáo dục
nước nhà. Vì vậy việc nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức,và
cách thể hiện nội dung kiến thức trong sách giáo khoa vật lí là cần thiết.Với yêu
cầu của môn học, trong tiểu luận này, tôi chỉ đi sâu nghiên cứu và phân tích
làm rõ kiến thức vật lý trong chương DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
ở sách giáo khoa vật lý 11 nâng cao .
Để hoàn thành tiểu luận này, tôi chọn phương pháp nghiên cứu là: Đọc các tài
liệu vật lí phổ thông, vật lí đại cương, sách giáo khoa vật lí trung học phổ thông lớp
11, các tài liệu có nội dung liên quan; tìm kiếm thông tin trên mạng internet; lựa
chọn các thông tin theo yêu cầu của tiểu luận và trình bày các thông tin đó theo các
vấn đề đặt ra ở trên.
Trong cách trình bày các kiến thức cơ bản tôi đã cố gắng quan tâm nhiều đến ý
nghĩa vật lý của kiến thức, hạn chế sử dụng các công cụ toán học phức tạp để phù
hợp với trình độ của học sinh THPT.

PHẦN 3 :
NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC
PHẦN DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

I: Đặc điểm của phần dòng điện trong các môi trường
Phần dòng điện trong các môi trường đề cập đến dòng điện trong kim loại,dòng điện
trong
chất điện phân,dòng điện trong chất khí,dòng điện trong chân không và dòng điện trong chất bán
dẫn.Việc nghiên cứu bắt đầu từ dòng điện trong kim loại là hợp lý vì những lí do sau:

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 1


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông

- Cho phép liên hệ trực tiếp với chương trình vật lí bậc trung học cơ sở
- Đường đặc trưng Vôn-ampe đối với kim loại là đơn giản nhất.
Việc nghiên cứu dòng điện trong các môi trường khác nhau dựa trên cơ sở thuyết elctron cổ
điển.Điều đó có tác dụng nâng cao mức độ khoa học của việc nghiên cứu các vấn đề đang xét cũng
như toàn bộ phần điện động lực học.

Trên cở sở nghiên cứu dòng điện trong các môi trường,xây dựng một quan hệ thống nhất của sự
phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế và cơ chế dẫn điện của môi trường đó.

Việc nghiên cứu cơ chế dẫn điện của các môi trường khác nhau,bản chất của các phần tử mang
điện và đặc điểm chuyển động của chúng trong các môi trường có tác dụng to lớn trong việc giáo
dục thế giới quan cho học sinh.Việc nghiên cứu dòng điện trong các môi trường còn là cơ sở để
hiểu biết cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các dụng cụ và thiết bị điện thông thường trong
cuộc sống như ống Rơnghen,ống phóng điện tử,đèn ống huỳnh quang... qua đó học sinh nắm
được những cơ sở vật lí của điện tử học.

II. Phân tích nội dung kiến thức của chương
1 Nhiệm vụ của chương dòng điện trong các môi trường
- Nghiên cứu về hạt dẫn chủ yếu trong các môi trường: kim loại, chất điện phân, chất khí,
chân không, bán dẫn.
- Nghiên cứu các thuyết, các định luật về điện tích, điện trường, dòng điện và cách vận dụng
chúng để nghiên cứu bản chất dòng điện trong các môi trường: kim loại, chất điện phân, chất khí,
chân không, bán dẫn cũng như giải thích các hiện tượng điện xảy ra khi có dòng điện chạy qua các
môi trường đó.

- Nghiên cứu các ứng dụng của bản chất dòng điện trong các môi trường vào thực tế và kỹ
thuật.

2 Cấu trúc của chương dòng điện trong các môi trường

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 2


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 3
Các loại bán dẫn
Bản chất

CHẤT


Lớp chuyển tiếp p-n
Ứng dụng

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thôngCác linh kiện bán dẫn

3. Dòng điện trong các môi trường
3.1. Dòng điện trong môi trường kim loại
3.1.1. Các khái niệm
 Suất điện động nhiệt điện: là suất điện động xuất hiện trong mạch điện gồm hai dây

dẫn khác loại tiếp xúc với nhau ở hai đầu (mối hàn) khi ở hai đầu đó có sự chênh lệch nhiệt độ.
Ở hai đầu mối hàn, do sự khác nhau về mật độ các electron dẫn của hai kim loại nên xảy ra
hiện tượng khuếch tán electron. Từ đó, ở lớp tiếp xúc của hai kim loại hình thành một hiệu điện
thế tiếp xúc trong. Do hiệu điện thế tiếp xúc trong phụ thuộc nhiệt độ, nên khi có sự chênh lệch
nhiệt độ ở hai đầu mối hàn thì hiệu điện thế tiếp xúc trong của hai kim loại sẽ khác nhau. Từ đó,
giữa hai đầu mối hàn sẽ sinh ra một suất điện động là tổng đại số của hai hiệu điện thế tiếp xúc
trên. Đó chính là suất điện động nhiệt điện.
 Dòng nhiệt điện: là dòng chuyển dời có hướng của các electron dẫn do suất điện động
nhiệt điện trong mạch gây ra. Dòng nhiệt điện sẽ có chiều đi từ đầu nóng sang đầu lạnh của mạch.
 Trạng thái siêu dẫn: là trạng thái của vật liệu khi hạ thấp nhiệt độ xuống dưới một nhiệt
độ tới hạn Tc nào đó mà điện trở của nó đột ngột giảm xuống giá trị 0.
3.1.2. Thuyết electron về sự dẫn điện trong kim loại
3.1.2.1. Nội dung
- 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 có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại.
- Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử, trở thành các electron tự do. Chúng chuyển
động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do và không sinh ra dòng điện nào. Mật độ các electron
xấp xỉ bằng mật độ các nguyên tử trong kim loại nên rất lớn. Tập hợp electron tự do có thể xem
như khí electron, có tính chất giống khí lí tưởng. Khí electron tuân theo các định luật của khí lí
tưởng.
- Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường
tạo ra dòng điện.

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 4


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
- Sự mất trật tự của mạng tinh thể do chuyển động nhiệt của các iôn trong tinh thể hoặc

do sự méo mạng tinh thể sẽ cản trở chuyển động của electron tự do. Đó là nguyên nhân gây ra
điện trở của kim loại.

3.1.2.2. Ứng dụng của thuyết electron về kim loại
Một ứng dụng quan trọng của thuyết electron cổ điển đó là sự suy luận lí thuyết định luật
Ôm cho dòng điện không đổi.
Để đi đến định luật này chỉ cần xét một đoạn mạch có chiều dài l và tiết diện S (hình
9),giữa hai đầu đoạn mạch đặt một hiệu điện thế U. Cường độ

E=
trong đoạn mạch là

điện

trưòng

U
l

Lực của điện trường tác dụng lên một electron tự do trong kim loại ở trạng thái chuyển động
nhiệt là:

eE
F=
e là điện tích của một electron.
Dưới tác dụng của lực điện trường đó electron sẽ chuyển động có hướng với gia tốc :

a=

F eE eU

=
=
m m ml

m là khối lưọng của một electron.
Ở thời điểm cuối cùng của hai lần va chạm electron có vận tốc(vận tốc có hướng) :

v = at =

EUt
ml

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 5


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
t=
Thời gian t có thể xác định được khi biết chiều dài của quãng đường tự do trung bình

λ
ν

Trong công thức đó không kể đến vận tốc chuyển động có hướng của các electron vì giá trị của nó
nhỏ hơn vận tốc chuyển động nhiệt nhiều lần.
Chuyển động có gia tốc của electron giữa hai lần va chạm cũng có thể đặc trưng bởi vận tốc trung
bình :

v=


v0 + v
2

Nếu coi rằng sự va chạm với các ion của mạng tinh thể làm các electron dừng lại trong
khoảng khắc,nghĩa là vận tốc của nó bằng không,thì vận tốc trung bình trên quãng đường tự do là :

v=

v eUt eUλ
=
=
2 2ml 2mlv

Cường độ dòng điện trong đoạn mạch này có thể biểu thị theo mật độ dẫn điện n,điện tích
e của electron,vận tốc trung bình của chuyển động có hướng và tiết diện ngang S theo công thức :

I = n.e.S .v

v
Thay vào công thức tính

I=

ne 2 SUλ
2mlv

ρ=
Đặt


ở trên ta có :

2mv
e 2 nλ

và gọi là điện trở suất của dây dẫn.

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 6


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông

ρ
Đại lượng

R=ρ
có thể viết

l
S

phụ thuộc vào cấu tạo của dây dẫn được gọi là điện trở R của dây dẫn hay

l
S

Cuối cùng ta có thể trở về định luật Ôm viết dưới dạng quen thuộc


I=

U
R

3.1.3. Định luật Ôm
Trong dây dẫn kim loại, khi nhiệt độ không đổi thì cường độ dòng điện qua dây dẫn tỉ lệ
thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn.

I=
Biểu thức:

U
R

.

3.1.4. Bản chất dòng điện trong kim loại
Kim loại dẫn điện tốt do mật độ các electron tự do trong kim loại rất lớn. Khi không chịu
tác dụng của điện trường thì các electron tự do chuyển động hỗn loạn, không tạo ra được dòng
điện. Nếu có điện trường tác dụng thì các electron tự do bắt đầu chuyển động theo hướng ngược
chiều điện trường tạo ra dòng điện.
Vậy, bản chất dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron
ngược chiều điện trường.
Điều này đã được chứng minh bằng các thí nghiệm cổ điển của Ricke,Mandelstam,TolmanStewart
Thí nghiệm Tolman-Stewart xuất phát từ tư tưởng như sau :

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 7



Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
Nếu trong kim loại các điện tích tự do có khối lượng thì chúng phải tuân theo các định luật
quán tính.Do đó nếu ta cho một thanh kim loại đang chuyển động rất nhanh đột ngột dừng lại thì
các điện tích tự do sẽ tiếp tục chuyển động tạo thành dòng điện.Chiều của dòng điện này có thể
phát hiện nhờ chiều quay của kim điện kế.Chiều chuyển động của điện tích dương cùng chiều với
dòng điện và chiều của điện tích âm ngược chiều dòng điện.
Thí nghiệm của Tolman-stewart cho biết chiều của điện tích ngược với chiều dòng điện :
điện tích chuyển động theo quán tính trong dây kim loại là điện tích âm-electron.Chúng ta cũng
cần phân biệt vận tốc có hướng của các electron với vận tốc lan truyền của dòng điện.Đây là hai
khái niệm hoàn toàn khác nhau.Vận tốc có hướng của electron do tác dụng của điện trường là rất
nhỏ,thí dụ với dòng điện có cường độ là 10A thì vận tốc có hướng của các electron trong dây đồng
khoảng 0,7mm/s.Vận tốc này nhỏ hơn vận tốc trung bình của chuyển động nhiệt hàng tỷ lần(cỡ
1000km/s)
Vận tốc lan truyền của dòng điện phải hiểu là vận tốc lan truyền dưới tác dụng của điện
trường lên các electron.Điện trườg làm cho các electron ở các điểm khác nhau của vật dẫn lần lượt
thu được các chuyển động chậm có hướng hầu như tức thời.Sự lan truyền tác dụng đó của điện
trường từ những electron này đến những electron khác xảy ra với vận tốc rất lớn,khoảng
3000.000km/s.
Khi nói về trạng thái của các electron tự do trong kim loại cần nhấn mạnh rằng các electron
ở trạng thái tự do trong một khoảng thời gian ngắn.Trong khoảng thời gian đó các electron tự do
tham gia vào chuyển động nhiệt,va chạm nhiều lần với nhau và với các ion.Khi các electron tự do
gặp các ion dương có thể xảy ra sự liên kết.Nói cách khác trong kim loại xảy ra hai quá trình thuận
nghịch :Sự tạo ra các tự do mới và sự tái hợp.Kết quả là mật độ của các electron tự do trong kim
loại là không đổi và hầu như không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài.Mật độ của các electron tự
do gần bằng số nguyên tử trong 1cm3 kim loại,nghĩa là bằng 1022 -1023 trong 1cm3.
3.1.5. Hiện tượng dẫn điện trong kim loại
3.1.5.1. Hiện tượng siêu dẫn
Năm 1911, khi làm thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc vào nhiệt độ của điện trở một cột

thủy ngân có độ tinh khiết cao, nhà vật lí Hà Lan Kammerlingh Onnes đã phát hiện rằng: Ở nhiệt độ
Heli lỏng (4,20K) điện trở của cột thủy ngân đó rất nhỏ và khi tiếp tục hạ nhiệt độ thì điện trở của
cột thủy ngân đột ngột mất hoàn toàn. Sau đó ông còn phát hiện thấy rằng hiện tượng mất điện

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 8


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
trở ở một nhiệt độ xác định cũng xảy ra ở hai kim loại khác là thiếc và chì. Hiện tượng đó gọi là
hiện tượng siêu dẫn.
Vậy, hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới một nhiệt độ tới
hạn TC nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
* Giải thích: Hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ thấp được giải thích dựa vào lí thuyết
BCS do ba nhà khoa học là J. Bardeen, L. N. Cooper và J. R. Schirieffer đưa ra vòa năm 1957. Lí
thuyết này giả thuyết rằng các hạt tải điện không phải là các electron riêng lẻ mà là các cặp
electron gọi là cặp Cooper. Các cặp Cooper này được xem là hạt tải điện có tính chất rất khác với
các electron riêng biệt.
Để tạo ra cặp Cooper, lí thuyết này xem rằng có một electron chuyển động qua mạng tinh
thể làm mạng bị biến dạng, khiến cho mật độ điện tích dương quanh electron này tăng lên trong
thời gian ngắn. Nếu vào thời điểm đó một electron thứ hai tiến đến dải này, nó sẽ bị hút vào trọng
dải bởi mật độ điện tích dương lớn hơn các giải khác và liên kết với electron thứ nhất tạo thành
cặp Cooper. Nếu như nhiệt năng trong mạng tinh thể nhỏ hơn năng lượng tương tác của hai
electron này thì hai electron này vẫn cặp đôi với nhau. Bởi thế, luôn cần một nhiệt độ đủ thấp để
dao động nhiệt của mạng đủ nhỏ, từ đó cho phép tạo nên cặp Cooper. Cặp Cooper chuyển động
trong mạng tinh thể không va chạm, không gây ra điện trở. Vì lực liên kết tạo cặp rất yếu nên nhiệt
độ tăng, từ trường tăng, hay mật độ dòng điện tăng là các nguyên nhân phá vỡ cặp Cooper để nó
trở lại là các electron kim loại như kim loại, đó là trạng thái thường của vật liệu siêu dẫn.
Ngoài đặc tính không tổn hao năng lượng, chất siêu dẫn còn biểu hiện tính chất từ rất đặc

biệt. Khi một vật liệu siêu dẫn đặt trong từ trường được làm lạnh từ nhiệt độ cao xuống dưới nhiệt
độ chuyển pha thì vật liệu siêu dẫn trở nên nghịch từ lí tưởng. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng
Meissner. Hiệu ứng này ngăn cản không cho từ trường xâm nhập vào bề mặt vật ở trạng thái siêu
dẫn. Vì thế lực từ có thể đẩy đĩa gốm siêu dẫn nâng lên
và lơ lửng trên các nam châm. Nhưng nếu vật liệu siêu
dẫn đặt trong từ trường mạnh thì lực từ có thể thắng
được lực đẩy của vật liệu siêu dẫn, khi đó từ trường sẽ
phá hủy đặt tính siêu dẫn của vật liệu. Hiện tượng này
cho thấy, những chất gốm siêu dẫn dễ bị ảnh hưởng bởi
từ trường mạnh.
3.1.5.2. Hiện tượng nhiệt điện

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 9


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
Hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín gồm hai vật dẫn
khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau (cặp nhiệt điện) là hiện tượng nhiệt điện.
Ví dụ, khi hơ nóng đầu nối A của hai đoạn dây dẫn bằng đồng và constantan thì có dòng
điện chạy trong mạch do sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu mối hàn A và B.
* Giải thích: Giả sử có một mạch kín gồm hai kim loại 1 và 2 tiếp xúc nhau ở
hai mối hàn. Nếu có mật độ electron tự do n 1 khuếch tán từ kim loại 1 sang kim loại 2
và mật độ electron tự do n 2 khuếch tán từ kim loại 2 sang kim loại 1 (giả sử n 1 > n2) thì
tại mặt tiếp xúc của hai kim loại xuất hiện một hiệu điên thế tiếp xúc U i. Theo thuyết
electron thì khí electron có thể tuân theo các định luật của khí lí tưởng do đó mối liên

hệ giữa n1 và n2 có thể đước xác định bằng công thức:


 E − Et 2 
 eU 
n1 = n2 exp − t1
 = n2 exp − i 
kT 

 kT 

với Et1, Et2 là thế năng của electron ở kim loại 1 và kim loại 2. Từ đó, hiệu điện thế tiếp xúc sẽ là

Ui =

kT n2
ln
e
n1
. Như vậy, mật độ electron n 1 và n2 càng khác nhau thì hiệu điện thế tiếp xúc càng

lớn.
Nếu nhiệt độ ở hai mối hàn đều bằng nhau thì tổng hiệu điện thế tiếp xúc trong ở hai mối
hàn sẽ bằng 0. Bây giờ, giả sử nhiệt độ ở một mối hàn là T 1 = T +

∆T

và mối hàn kia là T2 = T. Nếu ta

coi mật độ electron tự do n 1 và n2 ở hai kim loại là không phụ thuộc vào nhiệt độ thì tổng hiệu điện
thế tiếp xúc sẽ khác không bởi vì hiệu điện thế tiếp xúc còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Cụ thể là, mối
hàn nóng có sự khuếch tán các electron lớn hơn mối hàn lạnh, khiến cho hiệu điện thế tiếp xúc ở
mối hàn nóng lớn hơn. Khi đó suất điện động nhiệt điện được xác định bằng công thức:


E = U i1 + U i 2 =

kT1 n2 kT2 n1 k (T1 − T2 ) n2
ln +
ln =
ln
e
n1
e
n2
e
n1

k n
α T = ln 2
e n1

⇒ E = α T (T1 − T2 )
,

với

là hệ số nhiệt điện động (V.K-1)

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 10



Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
Ngoài nguyên nhân trên, sự xuất hiện suất điện động nhiệt điện còn do nguyên nhân thứ
hai như sau. Ở đầu nóng, năng lượng của các electron cao hơn ở đầu lạnh, do đó vận tốc chuyển
động nhiệt của các electron ở đầu nóng cũng lớn hơn ở đầu lạnh, vì thế dòng electron khuếch tán
từ đầu nóng đến đầu lạnh lớn hơn dòng electron theo chiều ngược lại. Kết quả là đầu lạnh tích
điện âm, đầu nóng tích điện dương. Quá trình này kéo dài mãi cho đến khi xuất hiện hiệu điện thế
làm cho dòng electron đi từ đầu lạnh đến đầu nóng bằng dòng electron đi theo chiều ngược lại,
nghĩa là cho đến khi có sự cân bằng động. Đối với kim loại 1 và 2 như thế là có một hiệu điện thế
xuất hiện và tổng đại số các hiệu điện thế này trong mạch kín tạo nên thành phần thứ 2 của suất
điện động nhiệt điện.
3.1.6. Các ứng dụng

 Nhiệt kế nhiệt điện
Nhiệt kế nhiệt điện dùng để đo nhiệt độ ở những nơi có nhiệt độ rất cao hoặc
rất thấp mà bằng các nhiệt kế thông thường không thể thực hiện được.

 Pin nhiệt điện
Ghép nhiều cặp nhiệt điện với nhau sẽ tạo thành một nguồn điện gọi là pin nhiệt điện.
 Dây cáp siêu dẫn
Ứng dụng của siêu dẫn người ta sử dụng các đường dây cáp
siêu dẫn có khả năng tải điện đi xa mà không bị tổn hao năng lượng do
không có điện trở; mặt khác, dây cáp tải điện siêu dẫn không cần làm
to như dây cáp thông thường, điều này làm tiết kiệm được vật liệu , vì
mật độ dòng điện trong dây siêu dẫn có thể đạt tới 10 5 A/cm2, tức là
lớn hơn nhiều so với dây đồng hoặc nhôm của đường dây tải điện thông thường.
 Nam châm siêu dẫn

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 11



Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn, nhờ mật độ dòng điện
trong dây siêu dẫn là rất lớn người ta đã chế tạo ra nam châm điện có
cuộn dây bằng vật liệu siêu dẫn có thể tạo ra từ trường mạnh trong
một thời gian dài mà không hao phí năng lượng vì tỏa nhiệt. Từ trường

này

cần cho máy gia tốc, lò phản ứng nhiệt hạch và các nghiên cứu khác.
Ví dụ: Nhờ nam châm siêu dẫn, năm 1986 ở Anh trong thiết bị To-ka-mác đã tạo ra được nhiệt độ
140 triệu độ trong nửa giây.
 Đệm từ
Dựa trên tính chất từ trường không xâm nhập vào vật liệu siêu dẫn và bị đẩy trở lại,
người ta đã chế tạo và đưa vào vận hành những đoàn tàu chạy trên đệm từ.
Những nam châm siêu dẫn được đặt trên tàu. Trên đường ray có những cuộn dây. Khi tàu
chạy, do hiện tượng cảm ứng điện từ trong cuộn dây có các dòng điện cảm ứng sinh ra từ
trường. Kết quả là xuất hiện các lực đẩy khiến cho toa tàu được nâng lên. Do không có sự
tiếp xúc giữa các toa tàu và đường nên tàu có thể đạt tốc độ cao.
3.2. Dòng điện trong môi trường chất điện phân
3.2.1. Các khái niệm
 Chất điện phân: là các hợp chất hóa học bị phân li thành các iôn trong dung dịch axit,
bazơ và muối.
- Axit phân li thành ion âm (gốc axit) - và ion dương H+.
- Bazơ phân li thành ion âm (OH)- và ion dương (kim loại)+.
- Muối phân li thành ion âm (gốc axit) - và ion dương (kim loại)+.
- Một số bazơ như nước amoniac (NH 4)OH hoặc muối như phân đạm amoni clorua (NH 4)Cl
không chứa ion kim loại nhưng trong dung dịch chúng cũng bị phân li thành các ion (OH) -, Cl- và
(NH4)+.

 Sự phân li dung dịch điện phân : là quá trình phân tách các phân tử chất hòa tan trong
dung dịch thành các ion trái dấu. Chuyển động nhiệt mạnh trong các muối hoặc bazơ nóng chảy
cũng làm các phân tử chất này phân li thành các ion tự do trong dung dịch.

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 12


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
3.2.2. Thuyết điện li
3.2.2.1. Nội dung

Trong dung dịch axit, bazơ và muối, các hợp chất hóa học bị phân li thành
các ion. Anion (ion âm) là gốc axit hoặc ion (OH) -, cation (ion dương) là các ion
kim loại, ion H+ hoặc một số nhóm nguyên tử khác. Trong muối và bazơ nóng chảy
cũng xảy ra sự phân li tương tự như trên. Các ion có thể chuyển động tự do trong
dung dịch và trở thành các hạt tải điện.
3.2.2.2. Giải thích sự tạo thành các ion trong dung dịch chất điện li

Giả sử có một hợp chất ion, như NaCl chẳng hạn, được hoà tan vào nước.
Các phân tử thuộc loại phân tử có cực, có momen lưỡng cực lớn (Hình 11).
Trong điện trường ở xung quanh mỗi phân tử H 2O được sắp xếp như sau: các đầu
dương của chúng hướng vào cực âm của phân tử NaCl, tức là hướng vào ion Cl trong phân tử NaCl và hút ion ấy, đồng thời đẩy Na + của phân tử NaCl. Còn các đầu
âm của chúng lại hướng vào đầu dương của phân tử NaCl tức là vào ion Na + và hút
ion ấy, đồng thời đẩy ion Cl - của NaCl (Hình 11). Như vậy là các phân tử của dung
môi (ở đây là H2O) bao quanh các ion của chất hoà tan (ở đây là NaCl), tạo thành
một tập hợp gọi là “solvat”.

Khi ion chuyển động, toàn bộ solvat cũng chuyển động. Hiện tượng đó được

gọi là solvat hoá. Sự solvat hóa đã làm yếu mối liên kết giữa các ion Na + và Cltrong phân tử NaCl. Do chuyển động nhiệt, các phân tử luôn luôn va chạm với nhau.
Khi phân tử NaCl va chạm với một phân tử nào đó có dung môi (hay với một phân
tử NaCl khác) đang chuyển động khá nhanh, nó có thể phân li thành ion Na + và Cl-.

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 13


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông

Song song với quá trình phân li nói trên, còn có quá trình ngược lại đó là khi
hai ion trái dấu va chạm với nhau trong chuyển động nhiệt, chúng có thể kết hợp lại
thành các phân tử trung hoà. Quá trình đó gọi là sự tái hợp. Khi số ion sinh ra do sự
phân li bằng số ion tái hợp trong cùng một đơn vị thời gian thì trong dung dịch có sự
cân bằng động của hai quá trình phân li và tái hợp.
Khả năng phân li của chất hòa tan ở các dung môi khác nhau là rất khác nhau.
Để đặc trưng định lượng độ phân li của một chất hòa tan trong dung dịch người ta
đưa vào hệ số phân li (α).
Nếu trong một đơn vị thể tích dung dịch có n0 phân tử chất hòa tan mà trong
n '0

α = n0 ' / n0 (0 ≤ α ≤ 1)

số đó
phân tử bị phân li thành ion thì:
. Hệ số α phụ thuộc
vào bản chất của chất hoà tan của dung môi, vào nồng độ dung dịch và nhiệt độ
dung dịch.
3.2.3. Các định luật

3.2.3.1. Định luật Ôm đối với chất điện phân
- Trong chất điện phân, khi cường độ điện trường không quá lớn thì mật độ dòng điện tỉ lệ
thuận với cường độ điện trường. Biểu thức:

i = σE

.

* Giải thích định luật Ôm đối với dòng điện trong chất điện phân
Khi chưa có điện trường đặt vào, các ion trong chất điện phân chuyển động hỗn loạn, do
đó trong chất điện phân lúc này không có dòng điện.
Khi có điện trường đặt vào thì dòng điện trong chất điện phân được tạo nên bởi sự dịch
chuyển có hướng của các ion trái dấu. Lúc này, mật độ dòng điện trong chất điện phân bằng tổng
số các mật độ dòng điện tạo nên bởi sự dịch chuyển các ion dương theo chiều điện trường và các
ion âm theo chiều ngược lại.
Mật độ dòng điện gây ra bởi sự dịch chuyển có hướng của các ion dương và các ion âm sẽ
là: i+ = n+qv+ và i- = n-qv-. Trong đó, n+, n- lần là mật độ ion dương và ion âm, q là điện tích của mỗi

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 14


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
ion và v+, v- lần lượt là vận tốc phụ của ion dương theo hướng điện trường và của ion âm ngược
hướng điện trường.
Mật độ dòng điện toàn phần sẽ là: i = i + + i- = n+qv+ + n-qv-.
Khi mỗi phân tử chất điện phân phân li thành hai ion trái dấu, thì mật độ ion sẽ là: n + = n- =
αn0, với α là hệ số phân li và n0 là mật độ phân tử chất hòa tan.
Vận tốc phụ của các ion dương và ion âm liên hệ với độ linh động của các ion đó theo công

thức:

v+ = v+0 E

,

v− = v−0 E

, với

v+0 , v−0

lần lượt là độ linh động của ion dương và ion âm.

Như vậy, mật độ dòng điện toàn phần sẽ là: i = qαn0(v+ + v-) = qαn0(

Với một dung dịch cho trước thì lượng qαn0(

v+0 + v−0

v+0 + v−0

)E.

) là không đổi.

Vậy, trong chất điện phân, mật độ dòng điện tỉ lệ thuận với cường độ điện trường hay i =
σE với σ = qαn0(

v+0 + v−0


) là điện dẫn suất của chất điện phân.

• Lưu ý:
Khi tăng nhiệt độ thì điện trở của kim loại tăng nhưng điện trở của chất điện phân thì giảm
vì sự phân li của các phân tử tăng, độ linh động của các ion cũng tăng lên nên dẫn đến sự giảm
điện trở.
Khi cường độ điện trường trong chất điện phân lớn khoảng 10 6 V/m thì định luật Ôm
không còn đúng với dòng điện trong chất điện phân vì khi đó vận tốc của các ion sẽ lớn nên điều
kiện tương tác giữa các ion với các hạt của môi trường sẽ thay đổi. Từ đó, độ linh động của các ion
sẽ là hàm số của vận tốc dịch chuyển của ion và do đó là hàm số của E nên sự phụ thuộc của i vào E
sẽ trở thành phi tuyến.
3.2.3.2. Định luật I Faraday

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 15


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông

Định luật Faraday I được xây dựng từ thực nghiệm. Định luật này cho biết
mối liên hệ giữa khối lượng chất được giải phóng ra ở điện cực và điện lượng đi qua
dung dịch điện phân.
- Phát biểu: Khối lượng M của chất được giải phóng ra ở điện cực của bình
điện phân tỉ lệ với điện lượng q chạy qua bình đó
- Biểu thức: M = kq = kIt.
trong đó : I là cường độ dòng điện (A)

t là thời gian dòng điện di qua dung dịch điện phân.

k gọi là đuơng lượng điện hoá (kg/C), phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất giải
phóng ra ở cực.
3.2.3.3. Định luật II Faraday
Được xây dựng trên mối quan hệ giữa đương lượng hoá học và đương lượng điện hoá của
một chất.
Định luật này cho ta biết, đương lượng điện hoá phụ thuộc vào bản chất của chất được
giải phóng ra ở điện cực .
- Phát biểu: Đương lượng điện hoá k của các chất thoát ra ở điện cực tỷ lệ thuận với

đương lượng hoá học

- Biểu thức :

k =c

A
n

của chúng

A
n

trong đó : A là nguyên tử lượng của chất thoát ra ở điện cực

n là hoá trị của chất thoát ra ở điện cực
c là hằng số với tất cả mọi chất,
ra gam.

c=


1
F với F = 96500 nếu nguyên tử lượng A tính

* Giải thích các định luật Faraday

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 16


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
Dựa vào sự dẫn điện của chất điện phân và vào thuyết điện li, ta có thể giải thích các định
luật Faraday.
Giả sử có N ion di chuyển tới điện cực. Nếu khối lượng mỗi ion là m, thì khi N ion đó được
trung hoà ở điện cực, khối lượng của chất được giải phóng ra là: M = Nm.
Điện tích mỗi ion là q = ne (với e là điện tích nguyên tố, n là hoá trị của nguyên tố). Khi có N
ion tới điện cực thì điện lượng đã chuyển qua dung dịch điện phân là: Q = Nq = Nne.

Từ đó:

M = N .m =

m
Q
ne .

Đó chính là biểu thức của định luật Faraday 1, với k = m/ne.
Mặt khác khối lượng nguyên tử của chất được giải phóng ra ở điện cực: A = N0m (N0 là số


A N0 m
=
n
Avogadro) và đương lượng hoá học của chất đó bằng: n
k=
Từ đó:

m A 1
1 A
=
=
ne n N 0e F n

Đó chính là nội dung của định luật Faraday 2.
Từ đó ta tìm được số Faraday: F = N0e = 9,65.107 C/kmol.
*Thống nhất hai định luật:

-

Phát biểu: Khối lượng M của chất được giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với đương
lượng hoá học A/n của chất đó và điện lượng q đi qua dung dịch điện phân.
M=

-

Biểu thức:M =kq hay

1 A
It
F n


Tính ra bằng gam (g)

trong đó:I tính theo ampe (A).

t tính theo giây (s).
3.2.4. Bản chất dòng điện trong chất điện phân

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 17


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
Khi chất điện phân hòa tan trong dung dịch thì các phân tử chất đó bị phân li thành các ion
trái dấu là ion âm và ion dương. Khi không chịu tác dụng của điện trường ngoài thì các ion này
chuyển động nhiệt hỗn loạn, không tạo ra dòng điện. Nếu đặt vào bình điện phân một điện trường
giữa hai điện cực trái dấu là anot và catot thì các ion dương sẽ chuyển động theo chiều điện
trường về catot còn các ion âm sẽ chuyển động ngược chiều điện trường về anot.
Vậy, bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các ion
dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.
3.2.5. Hiện tượng dương cực tan
Hiện tượng dương cực tan là hiện tượng xảy ra khi điện phân một dung dịch muối kim loại
nào đó mà anốt của bình điện phân làm bằng chính kim loại đó. Kết quả là cực dương (anốt) bị ăn
mòn dần.
Ví dụ, khi cho thanh đồng nối với cực dương của nguồn điện và thành chì nối với cực âm
của nguồn cùng nhúng vào dung dịch CuSO 4 thì sau một thời gian anot bị hao dần còn catot có
đồng bám vào.

*Giải thích:


Khi hoà tan đồng sunfat vào dung môi,trong dung dịch xuất hiện các ion Cu 2+ và (SO4)2-.Đặt
vào hai cực của bình một hiệu điện thế,thì do tác dụng của điện trường,các ion Cu 2+dịch chuyển

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 18


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
đến catốt,nhận hai electron từ nguồn điện đi tới trở thành nguyên tử đồng bám vào catốt:

Cu 2 + + 2e− = Cu
Ở anốt, êlectron bị kéo về cực dương của nguồn điện,tạo điều kiện hình thành ion Cu 2+ trên
bề mặt anốt tiếp xúc với dung dịch:

Cu → Cu 2+ + 2e −

Khi (SO4)2- chạy về anốt,nó kéo ion Cu2+ này vào dung dịch.Đồng anốt sẽ tan vào trong dung dịch
gây ra hịên tượng dương cực tan
Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi điện phân một dung dịch muối kim loại mà anot làm bằng
chính kim loại đó.
3.2.6. Các ứng dụng
Mạ điện là dùng phương pháp điện phân để phủ một lớp kim loại lên những đồ
vật bằng kim loại khác. Khi đó vật cần được mạ dùng làm cực âm, kim loại dùng để mạ làm
cực dương, còn chất điện phân là dung dịch muối của kim loại dùng để mạ.
Đúc điện:
Khuôn của vật định đúc bằng sáp ong hay bằng một chất khác dễ nặn, rồi
quét lên khuôn một lớp than chì (graphit) mỏng để bề mặt khuôn trở thành dẫn
điện. Khuôn này được dùng để làm cực âm, còn cực dương thì bằng kim loại mà ta

muốn đúc và dung dịch điện phân là muối của kim loại đó. Khi đặt một hiệu điện
thế vào hai điện cực đó, kim loại sẽ kết thành một lớp trên khuôn đúc, dày hay mỏng tuỳ thuộc vào
thời gian điện phân. Sau đó người ta tách lớp kim loại ra khỏi khuôn và được vật cần đúc.
Điều chế hóa chất
Phương pháp điện phân có thể dùng để điều chế được nhiều hóa chất. Chẳng hạn, khi sử
dụng phương pháp điện phân dung dịch muối ăn (NaCl) tan trong nước với điện cực bằng graphit
hoặc bằng kim loại không bị ăn mòn, người ta có thể điều chế được ra các nguyên liệu là khí clo,
hidro, xút (NaOH) rất cần thiết cho công nghiệp hóa chất.
3.3. Dòng điện trong môi trường chân không

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 19


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
3.3.1. Các khái niệm
 Sự ion hóa chất khí: là sự mất bớt electron của các nguyên tử, phân tử khí trung hòa,
biến chúng thành các ion dương dưới các tác nhân ion hóa như đốt nóng hay chiếu các bức xạ điện
từ năng lượng lớn như tia tử ngoại, tia Rơnghen tác động vào môi trường khí.
 Sự tái hợp: là sự kết hợp của các ion âm và ion dương hoặc sự kết hợp của các electron
và ion dương với nhau tạo thành các nguyên tử, phân tử trung hòa.
 Tia Catốt: là dòng electron phát ra khỏi catốt khi catốt bị nung nóng, tia này có các tính
chất sau: truyền thẳng (nếu không có tác dụng của điện trường hoặc từ trường), vuông góc với
mặt catốt, mang năng lượng, có thể đâm xuyên kim loại, làm phát quang một số chất, bị lệch trong
điện trường và từ trường.
3.3.2. Bản chất dòng điện trong chân không
Chân không là môi trường đã được lấy đi tất cả các phân tử khí do đó trong chân không
không có hạt tải điện nên sẽ không dẫn điện. Muốn tạo ra dòng điện giữa hai điện cực đặt trong
chân không thì ta phải đưa vào trong đó các hạt tải điện là các electron bằng cách đốt nóng catot

để gây phát xạ nhiệt electron. Khi đã có các electron giữa hai điện cực thì các electron sẽ chuyển
động ngược chiều điện trường đến anot tạo ra dòng điện trong chân không.
Vậy, dòng điện trong đi-ốt chân không là dòng dịch chuyển có hướng của các electron bứt ra
từ ca-tốt bị nung nóng dưới tác dụng của điện trường.
3.3.3. Hiện tượng phóng điện trong khí áp suất thấp
Hiện tượng phóng điện thành miền
Hiện tượng phóng điện thành miền là hiện tượng khi trong ống thủy tinh có áp
suất khí rất thấp (khoảng từ 1 – 0,01 mmHg), hai đầu ống gắn với điện cực bằng kim
loại với hiệu điện thế khoảng vài trăm vôn thì xảy ra sự phóng điện làm xuất hiện các
miền sáng anot và miền tối catot.
*Giải thích: Nhờ có hiệu điện thế đủ lớn giữa hai điện cực, các ion và các electron tự do có
trong chất khí (dù là rất ít), được tăng tốc trên suốt quãng đường tự do trung bình khá dài của nó
(do áp suất khí thấp) thu được năng lượng đủ để ion hóa các phân tử khí khi va chạm tạo ra những
ion mới, dó đó dòng điện bắt đầu truyền qua ống. Nhờ có sự giảm điện thế lớn ở miền tối catốt mà

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 20


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
các ion dương thu được một động năng lớn khi chuyển động đến catot, dó đó khi đập vào catot nó
làm phát xạ ra các electron của catot. Các electron phát ra dưới tác dụng của lực điện trường cũng
đi về phía anốt. Vì áp suất trong ống thấp nên các e đó vượt qua được khoảng dài mà chưa va
chạm với các phân tử khí. Do đó hình thành miền tối catốt.
Sau khi vượt qua miền tối catốt, các electron lại thu được động năng lớn đủ để ion hóa các
phân tử khí khi va chạm. Các electron này có thể ion hóa, kích thích các phân tử khí hoặc tái hợp
với các ion dương. Các quá trình này có kèm sự phát quang, tạo cột sáng anốt.
3.3.4. Ứng dụng
 Ống phóng điện tử

Ống phóng điện tử là một ứng dụng của hiện tượng phóng điện trong chân không.Đó là bộ
phận thiết yếu của máy thu hình,dao động kí điện tử,máy tính điện tử...Ống phóng điện tử là một
ống chân không mà mặt trước của nó là màn huỳnh quang,được phủ bằng chất huỳnh quang(như
kẽm sunfua ZnS chẳng hạn) phát ra ánh sáng khi bị êlectron đập
vào.Trong phần cổ ống(phần hẹp),có nguồn phát êlectron gồm dây
đốt,catôt,các cực điều khiển và anôt.Người ta đặt giữa catôt và anôt
một hiệu điện thế từ vài trăm đến vài nghìn vôn.Trên đường đi đến màn
huỳnh quang,chùm êlectron đi qua hai cặp bản cực làm lệch,giống như
hai tụ điện:một cặp bản nằm ngang một cặp bản thẳng đứng.Khi đặt một hiệu điện giữa hai bản
nằm ngang,do tác dụng của điện trường,chùm êlectron bị lệch theo phương thẳng đứng.Còn khi
đặt một hiệu điện thế giữa hai bản thẳng đứng,chùm êlectron bị lệch theo phương ngang.Khi đặt
các hiệu điện thế thích hợp vào hai cặp bản đó,ta có thể điều khiển chùm êlectron đập vào vị trí
xác định trên màn huỳnh quang.

3.4. Dòng điện trong môi trường chất khí
3.4.1. Các khái niệm

 Sự phóng điện không tự lực: là quá trình dẫn điện trong chất khí tồn tại khi các hạt tải
điện được tạo ra trong khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi việc tạo ra hạt tải điện ngừng
lại.

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 21


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
 Sự phóng điên từ lực: là quá trình dẫn điện trong chất khí có thể tự duy trì mà không
cần chủ động tạo ra hạt tải điện.
3.4.2. Bản chất của dòng điện trong môi trường chất khí

Ở điều kiện bình thường, chất khí là chất cách điện vì các nguyên tử, phân tử khí trung hòa
về điện. Khi đặt hai điện cực trong chất khí và kích thích chất khí bằng các tác nhân ion hóa thì các
nguyên tử, phân tử khí trung hòa sẽ bị ion hóa tạo ra các electron và các ion dương. Trong quá
trình chuyển động, các electron được tạo ra một số có thể chuyển động tự do còn một số khác có
thể kết hợp với các nguyên tử, phân tử khí trung hòa tạo thành các ion âm. Dưới tác dụng của điện
trường ngoài, các electron và ion âm sẽ chuyển động ngược chiều điện trường đến anot và các ion
dương sẽ chuyển động cùng chiều điện trường đến catot tạo ra dòng điện trong chất khí.
Vậy, bản chất dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương
theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường.
3.4.3. Các hiện tượng phóng điện trong chất khí
3.4.3.1. Hiện tượng nhân số hạt tải điện
Hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí do dòng điện chạy qua gọi là hiện
tượng nhân số hạt tải điện.
Hiện tượng này diễn ra như sau: Những hạt tải điện đầu tiên trong chất
khí là các electron và các ion dương do tác nhân ion hóa sinh ra đều nhận được
năng lượng từ điện trường ngoài. Nhưng do kích thước electron nhỏ hơn nên đi
được quãng đường dài hơn các ion trước khi va chạm với một phân tử khí khác.
Khi nhận được năng lượng đủ lớn, electron va chạm vào phân tử khí trung hòa
và ion hóa, biến thành electron và ion dương. Quá trình cứ tiếp tục như vậy làm cho mật độ hạt tải
điện tăng mạnh cho đến khi electron về đến anôt.
3.4.3.2. Hiện tượng phóng điện hình tia

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 22


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông

Hiện tượng phóng điện thành tia là hiện tượng

xuất hiện các mạch lửa nhỏ, ngoằn ngoèo, nhiều nhánh
và
rất sáng nối liền hai điện cực khi ta đặt hai điện cực đó
trong không khí và tăng dần hiệu điện thế giữa hai điện
cực đến một giá trị nào đó, điện trường ở hai điện cực là
đều hoặc gần đều.
*Giải thích:
Ánh sáng của tia lửa điện là kết quả của những quá trình ion hóa do va chạm
của electron trong thể tích chất khí, sự ion hóa gây ra bởi sự va chạm của các ion
trong thể tích chất khí và do sự bắn phá của các ion dương trên mặt catot. Kèm theo
tia lửa có tiếng nổ gây ra bởi sự tăng áp suất (đến hàng trăm atmôtphe) do sự đốt
nóng chất khí (đến 100000C) ở chỗ xảy ra sự phóng điện. Tia lửa điện phát sinh
trong trường hợp điện trường trong chất khí đạt đến giá trị giới hạn E k gọi là điện
trường nổ. Độ lớn của điện trường nổ phụ thuộc vào chất khí và trạng thái của nó.
Đối với không khí trong điều kiện thường E ≈ 3.105V/m.
Điện trường nổ tăng lên khi áp suất chất khí tăng lên.
* Sét là một tia lửa điện khổng lồ
Tia lửa – sét là sự phóng điện giữa đám mây với đất hoặc
giữa các đám mây, khi điện trường giữa chúng đủ mạnh. Cường
độ dòng điện sét rất lớn có thể tới 10000 ÷ 50000A và hiệu điện thế giữa đám mây và
8
9
đất trước lúc phát sinh ra sét đạt tới 10 ÷ 10 V . Sét là tia lửa hẹp độ 20 ÷ 30cm ; còn
chiều dài có thể tới hàng chục km. Trong giải hẹp đó một áp suất rất cao của chất
khí được tạo thành, gây ra sự nổ, do đó sinh ra sấm.

3.4.3.3. Hiện tượng phóng điện hồ quang
Khi cho hai đầu của hai thanh điện cực của nguồn có hiệu điện thế không
lớn (khoảng 40 V– 50 V) chạm vào nhau sau đó tách ra một khoảng ngắn thì giữa
hai đầu thanh điện cực phát ra ánh sáng chói như ngọn lửa. Hiện tượng đó gọi là

hiện tượngphóng điện hồ quang.

*Giải thích

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 23


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông

Lúc đầu, cho hai thanh điện cực chạm vào nhau thì mạch điện bị nối tắt nên
dòng điện trong mạch rất lớn làm cho hai đầu các thanh điện cực bị nóng đỏ, gây ra
phát xạ nhiệt electron. Khi tách hai đầu thanh ra một khoảng ngắn thì xuất hiện dòng
điện chạy trong chất khí chủ yếu là dòng electron (và cả ion âm) đi từ catot sang
anot và cũng có một phần là dòng ion dương từ anot về catot. Ion âm và electron đến
đập vào anot, làm anot nóng lên (nhiệt độ có thể là 3500 0C). Lúc đó, anot phát sáng
mạnh, nóng chảy tạo ra một vết lõm trên bề mặt. Còn ion dương khi tới đập vào
catot thì cũng làm cho catot duy trì trạng thái nóng đỏ và tiếp túc phát xạ nhiệt
electron. Chất khí giữa hai điện cực có nhiệt độ cao nên bị ion hóa và dẫn điện tốt,
nhờ đó mà điện trở của khí trong hồ quang rất nhỏ và cường độ dòng điện trong
mạch có thể khá lớn.
*Hiện tượng phát xạ nhiệt electron
Hiện tượng các electron phát ra từ một chất nào đó được nung nóng gọi là hiện
tượng phát xạ nhiệt electron.
Trong hồ quang điện, một phần dòng điện chạy qua chất khí là dòng ion dương từ anot tới
catot, chúng truyền cho cực này năng lượng mà chúng nhận được từ điện trường ngoài làm cho
cực này nóng đỏ và có khả năng phát ra electron.
* Giải thích: Khi nhiệt độ tăng, vận tốc chuyển động nhiệt của
các electron tăng và một số electron thu được động năng đủ để thực

hiện công thoát sẽ thoát ra khỏi bề mặt kim loại.
3.4.4. Các ứng dụng

Hàn hồ quang tay
Hàn hồ quang tay là quá trình hàn điện nóng chảy sử dụng điện cực dưới
dạng que hàn, trong đó các thao tác gây hồ quang, dịch
chuyển que hàn đều do người thợ thao tác bằng tay. Phương
pháp này dùng để hàn hoặc cắt các chi tiết kim loại.
Lò hồ quang

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 24


Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông
Lò hồ quang là loại lò mà nhiệt nung chảy kim loại được tạo ra do sự phóng điện giữa hai
điện cực. Lò hồ quang được sử dụng để nung chảy kim loại vì nhiệt độ trong đó có thể lên tới
20000C.

Đèn chiếu sáng
Đèn huỳnh quang là một dạng đèn phóng điện trong môi trường khí. Để có
sự phóng điện trong ống đòi hỏi phải có một điện áp đủ lớn giữa hai điện cực để
tạo ra hồ quang điện kích thích sự phát sáng.

Bugi trong hệ thống đánh lửa
Trong hệ thống đánh lửa, tia lửa điện được phát ra giữa các điện cực của các bugi để
đốt cháy hỗn hợp hòa khí. Hòa khí bị nén có điện trở lớn, nên cần phải tạo ra điện thế hàng
chục ngàn vôn để đảm bảo phát ra tia lửa mạnh, có thể đốt cháy hỗn hợp hòa khí.


3.5. Dòng điện trong môi trường chất bán dẫn
3.5.1. Các định nghĩa
 Bán dẫn: là một loại vật liệu trung gian giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện có
điện trở suất biến thiên trong khoảng từ 10 -5 đến 108

Ωm

, khi tăng nhiệt độ hoặc pha lẫn tạp chất

hoặc dùng các kích thích vào chất bán dẫn như chiếu sáng hay kích thích bằng các tác nhân iôn hóa
thì điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh.

 Bán dẫn tinh khiết: bán dẫn tinh khiết là loại bán dẫn mà mạng tinh thể
của nó chỉ có một loại nguyên tử.

LL&PPDH Vật lý K23

Trang 25