Giải bài tập SBT Vật Lí 11 Bài 13: Dòng điện trong kim loại

Câu nào dưới đây nói về tính chất điện của kim loại là không đúng ?

A. Kim loại là chất dãn điện.

B. Kim loại có điện trở suất khá lớn, lớn hơn 10⁷ Ω.m

C. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ.

D. Cường độ dòng điện chạy qua dây kim loại tuân theo định luật Ôm khi nhiệt độ của dây kim loại thay đổi không đáng kể. 

Phương pháp giải

Giá trị điện trở suất của kim loại thường khá lớn

Hướng dẫn giải

- Kim loại có điện trở suất khá lớn, lớn hơn 10⁷ Ω.m

- Đáp án B

Câu nào dưới đây nói về hiện tượng nhiệt điện là không đúng ?

A. Cặp nhiệt điện gồm hai dây kim loại khác nhau có hai đầu hàn nối với nhau. Nếu giữ hai mối hàn này ở hai nhiệt độ khác nhau (T₁ ≠ T₂) thì bên trong cặp nhiệt điện sẽ xuất hiện một suất điện động nhiệt điện.

B. Độ lớn của suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện chỉ phụ thuộc nhiệt độ của mối hàn nóng có nhiệt độ cao hơn.

C. Độ lớn của suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện tỉ lệ với hiệu nhiệt độ (T₁ - T₂) giữa hai mối hàn nóng và lạnh.

D. Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để làm nhiệt kế đo nhiệt độ. 

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được các đặc điểm của hiện tượng nhiệt điện

Hướng dẫn giải

- Độ lớn của suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện chỉ phụ thuộc nhiệt độ của mối hàn nóng có nhiệt độ cao hơn.

- Đáp án B

Một dây bạch kim ở 20⁰C có điện trở suất 10,6.10^-8 Ω.m. Xác định điện trở suất của dây bạch kim này ở 1120⁰C. Cho biết điện trở suất của dây bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở không đổi bằng 3,9.10^-3 K^-1.

A. 56,9.10^-8 Ω.m                    

B. 45,5.10^-8 Ω.m

C. 56,1. 10^-8 Ω.m                    

D. 46,3. 10^-8 Ω.m

Phương pháp giải

Áp dụng công thức: 

\(\rho = {\rho _0}\left[ {1 + \alpha \left( {t - {t_0}} \right)} \right]\) để tính điện trở suất cua kim loại

Hướng dẫn giải

- Điện trở suất của vật dẫn phụ thuộc nhiệt độ theo công thức :

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

trong đó ρ₀ là điện trở suất của vật dẫn ở nhiệt độ t₀ (thường chọn t₀ = 20⁰C), α là hệ số nhiệt điện trở của vật dẫn. Thay số, ta tìm được :

\(\begin{array}{l} \rho = {10,6.10^{ - 8}}\left[ {1 + {{3,9.10}^{ - 3}}(1120 - 20)} \right]\\ \approx {56,1.10^{ - 8}}{\rm{\Omega }}.m \end{array}\)

- Đáp án C

Nối cặp nhiệt điện đồng - constantan với một milivôn kế thành một mạch kín. Nhúng một mối hàn vào nước đá đang tan và một mối hàn vào hơi nước sôi thì milivôn kế chỉ 4,25 mV. Xác định hệ số nhiệt đỉện động của cặp nhiệt điện này.

A. 42,5 μV/K.

B. 4,25 μV/K

C. 42,5 mV/K            

D. 4,25 mV/K 

Phương pháp giải

Sử dụng công thức tính suất điện động:

\(E = {\alpha _T}.({T_1} - {T_2})\) để xác định hệ số nhiệt đỉện động

Hướng dẫn giải

- Suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện là:  

\(E = {\alpha _T}.({T_1} - {T_2})\)

Trong đó (T₁ -T₂) là hiệu nhiệt độ giữa hai đầu nóng và lạnh của cặp nhiệt điện, α_T là hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện.

Thay số, ta tìm được:

\({\alpha _T} = \frac{{4,{{25.10}^{ - 3}}}}{{(273 + 100) - (273 + 0)}} = 42,5\mu V/K\)

- Đáp án A

Nhúng mối hàn thứ nhất của một cặp nhiệt điện vào nước đá đang tan và mối hàn thứ hai vào nước ở nhiệt độ 10^oC. Sau đó giữ nguyên nhiệt độ ở mối hàn thứ nhất, còn mối hàn thứ hai được chuyển nhúng vào rượu ở nhiệt độ -10^oC. So sánh suất điện động nhiệt điện E₁ và E₂ trong cặp nhiệt độ tương ứng với hai trường hợp trên

A. E₁ = E₂       B. E₁ = 2E₂    

C. E₂ = 2E₁     D. E₁ = 20 E₂ 

Phương pháp giải

Suất điện động nhiệt điện không đổi khi hiệu nhiệt độ giữa hai đầu nóng và lạnh của cặp nhiệt điện không thay đổi

Hướng dẫn giải

- Suất điện động nhiệt điện trong trường hợp này không đổi nên: E₁ = E₂ 

- Chọn A

Một cặp nhiệt điện sắt - constantan có hệ số nhiệt điện động là 52 μV/K. Người ta nhúng 2 mối hàn của cặp nhiệt điện này vào 2 chất lỏng có nhiệt độ tương ứng là -2^oC và 78^oC. Suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện này bằng

A. 52,76mV       B. 41,60mV    

C. 39,52mV       D. 4,16mV 

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính suất điện động:

\(E = {\alpha _T}.({T_1} - {T_2})\)

Hướng dẫn giải

- Suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện là:

\(E = {\alpha _T}.({T_1} - {T_2})\)

=52.10-6(78+273+ 2-273)= 4,16mV 

- Đáp án D

Có hai cặp nhiệt điện giống hệt nhau, mỗi cặp được nối với một milivôn tạo thành mạch kín. Hai mối hàn của hai cặp nhiệt điện này đều được giữ ở nhiệt độ cao T₁. Mối hàn còn lại của cặp nhiệt điện thứ nhất và thứ hai được giữ ở các nhiệt độ thấp tương ứng là 2^oC và 12^oC thì thấy số chỉ của milivôn kế nối với cặp nhiệt điện thứ nhất lớn gấp 1,2 lần số chỉ của milivôn kế nối với cặp nhiệt điện thứ hai. Nhiệt độ T₁ là

A. 285K               B. 289,8K

C. 335K               D. 355K 

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính suất điện động:

\(E = {\alpha _T}.({T_1} - {T_2})\) để tính nhiệt độ T₁

Hướng dẫn giải

- Suất điện động được tính theo công thức:

\(E = {\alpha _T}.({T_1} - {T_2})\)

- Thay sô vào ta được: nhiệt độ T₁ là 335K    

- Đáp án C

Dùng cặp nhiệt điện đồng - constantan có hệ số nhiệt điện động là 42,5 μV/K nối với milivôn kế để đo nhiệt độ nóng chảy của thiếc. Đặt mối hàn thứ nhất của cặp nhiệt điện này trong nước đá đang tan và nhúng mối hàn thứ hai của nó vào thiếc đang chảy lỏng, khi đó milivôn kế chỉ 10,03 mV. Xác định nhiệt độ nóng chảy của thiếc. 

Phương pháp giải

Từ công thức tính suất điện động, suy ra nhiệt độ theo công thức:

T₁ = E/α_T + T₂ 

Hướng dẫn giải

- Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện tính theo công thức :

E = α_T(T₁ - T₂)

trong đó (T₁ -T₂) là hiệu nhiệt độ giữa hai đầu nóng và lạnh của cặp nhiệt điện, còn α_T là hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện.

- Từ đó, ta suy ra nhiệt độ nóng chảy của thiếc :

T₁ = E/α_T + T₂ = 509K

Cặp nhiệt điện sắt - constantan có hệ số nhiệt điện động là 52 μV/K và điện trở trong r = 0,5 Ω. Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở trong là 20 Ω. Đặt một mối hàn của cặp nhiệt điện này trong không khí ở 20⁰C và nhúng mối hàn thứ hai vào trong lò điện có nhiệt độ 620⁰C. Xác định cường độ dòng điện chạy qua điện kế G. 

Phương pháp giải

- Tính suất điện động nhiệt theo công thức:

\(E = {\alpha _T}.({T_1} - {T_2})\)

- Áp dụng công thức:

\(I = \frac{E}{{{R_G} + r}} \) để tính cường độ dòng điện

Hướng dẫn giải

- Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện sắt - constantan :

\(E = {\alpha _T}({T_1} - {T_2}) = {\rm{ }}{52.10^{ - 6}}\;\left( {620{\rm{ }}-{\rm{ }}20} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}31,2{\rm{ }}mV\)

- Áp dụng định luật Ôm đối với mạch điện kín, ta tính được cường độ dòng điện chạy qua điện kế G:

\(I = \frac{E}{{{R_G} + r}} = \frac{{31,2}}{{20 + 0,5}} \approx 1,52mA\)

Khi "Khảo sát hiện tượng nhiệt điện", các kết quả đo giá trị suất điện động nhiệt điện E và hiệu nhiệt độ (T₁ - T₂) tương ứng giữa hai mối hàn của cặp nhiệt điện sắt - constantan được ghi trong bảng số liệu dưới đây :

Dựa vào bảng số liệu này, hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của suất điện động nhiệt điện vào hiệu nhiệt độ giữa hai mối hàn của cặp nhiệt điện sắt - constantan được khảo sát ở trên, từ đó xác định hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt này.

Phương pháp giải

Sử dụng nội dung lí thuyết về suất điện động nhiệt điện của kim loại để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

- Đồ thị (Hình 13.1G) biểu diễn sự phụ thuộc của suất điện động nhiệt điện E vào hiệu nhiệt độ (T₁ - T₂) giữa hai mối hàn của cặp nhiệt điện sắt - constantan có dạng một đường thẳng.

- Như vậy, suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ (T₁ - T₂) giữa hai mối hàn :

trong đó α_T gọi là hộ số nhiệt điện động (hay hằng số cặp nhiệt điện).