Chương III: Hiện tượng nhiệt điện, hiện tượng siêu dẫn
Chương III: Bản chất dòng điện trong chất điện phân
Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện dòng điện khi có sự trênh nhiệt nhiệt độ giữa hai đầu dây dẫn.
Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở của kim loại (hay hợp kim) giảm đột ngột về không khi nhiệt độ giảm đến giá trị tới hạn.
1/ Thí nghiệm vật lý về hiện tượng nhiệt điện:
Một motor được lắp cánh quạt chạy điện 1 chiều được nối với hai thanh kim loại nhúng vào hai cốc khác nhau, một cốc đựng nước, một cốc chứa không khí. Quan sát thí nghiệm ta thấy cánh quạt không quay chứng tỏ không có dòng điện trong mạch.
Chương III: Hiện tượng nhiệt điện, hiện tượng siêu dẫn
Tiến hành đổ nước (có nhiệt độ khác với cốc đựng nước ban đầu) vào trong cốc chứa không khí sau một khoảng thời gian ngắn cánh quạt bắt đầu quay => chứng tỏ trong mạch đã có dòng điện.
Cánh quạt quay khi có sự trênh lệch nhiệt độ giữa hai thanh kim loại
Dòng điện sinh ra trong thí nghiệm trên được gọi là dòng nhiệt điện, suất điện động tạo nên dòng nhiệt điện trên gọi là suất điện động nhiệt điện.
Giải thích hiện tượng vật lý trên:
Do nhiệt độ của vật dẫn không đồng nhất, mật độ hạt tải điện tại nơi có nhiệt độ cao sẽ nhiều hơn mật độ hạt tải điện tại nơi có nhiệt độ thấp nên có sự dịch chuyển thành dòng của hạt tải điện từ nơi có nhiệt độ cao về nơi có nhiệt độ thấp tạo nên sự chênh lệch điện thế giữa hai đầu vật dẫn, nếu nối vào trong mạch kín sẽ hình thành nên suất điện động nhiệt điện sinh ra dòng nhiệt điện làm cho cánh quạt quay.
2/ Cặp nhiệt điện, cảm biến đo nhiệt độ:
Cặp nhiệt điện (thermocouple) được ghép từ “thermo-nhiệt” và “couple-cặp đôi” gồm hai thanh kim loại khác nhau được hàn hai đầu với nhau (ví dụ thanh kim loại đồng và thanh constantan)
Nung nóng một đầu mối hàn trong mạch xuất hiện suất điện động nhiệt điện.
Ứng dụng cặp nhiệt điện:
Chế tạo nhiệt kế điện hoặc cảm biến đo nhiệt độ (nguyên lý hoạt động: suất điện động sinh ra từ cặp nhiệt điện tương ứng với sự chêch lệch nhiệt độ đã được xác định từ bảng thức nghiệm, khi cho một đầu cặp nhiệt điện vào vùng cần đo nhiệt độ sẽ hình thành suất điện động nhiệt điện, từ đó tính được nhiệt độ cần đo so với nhiệt độ chuẩn)
3/ Hiện tượng siêu dẫn:
Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở của kim loại hoặc hợp kim giảm đột ngột đến giá trị bằng không khi nhiệt độ giảm đến nhiệt độ tới hạn Tc (K)
Những ưu điểm của vật liệu siêu dẫn:
- Điện trở của vật liệu siêu dẫn nhỏ (≈0) nên dòng điện sinh ra trong vật dẫn được duy trì trong thời gian dài
- Vật liệu siêu dẫn có thể tạo nên từ trường rất mạnh
Thí nghiệm về hiện tượng siêu dẫn, từ trường (nam châm) được tạo ra khi giảm nhiệt độ của vật xuống bằng cách đổ nitơ lỏng vào.
Bảng nhiệt độ tới hạn Tc (K) của một số vật liệu
Hợp chất HgBa2Ca2Cu3O8 có nhiệt độ Tc=134K=-139oC vẫn còn là một nhiệt độ quá thấp so với nhiệt độ môi trường trong thực tế đời sống nên các đặc tính của vật liệu siêu dẫn chưa được ứng dụng nhiều trong thực tế.