1. ĐIỆN TRỞ
Câu hỏi 1: Nêu nguyên nhân chính gây ra điện trở của vật dẫn.
Bài Làm:
Nguyên nhân gây điện trở của vật dẫn kim loại hay gây nên sự cản trở chuyển động của các electron tự do trong kim loại là do sự mất trật tự của mạng tinh thể (sự chuyển động nhiệt của ion, sự méo mạng và nguyên tử tạp chất lẫn vào).
Sự va đập của các electron với các ion dương nằm tại các nút mạng trong quá trình di chuyển dưới tác dụng của điện trường ngoài là nguyên nhân gây ra điện trở. Các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau, do đó sự cản trở này cũng khác nhau, điều này có nghĩa là điện trở suất của các kim loại khác nhau cũng khác nhau. Khi nhiệt độ tăng lên, các ion dương nằm tại các nút mạng cũng dao động mạnh lên và do đó, xác suất va chạm của các electron với ion cũng tăng theo, nghĩa là điện trở của kim loại tăng theo nhiệt độ.
Mặt khác, năng lượng của electron thu được dưới tác dụng của điện trường đã truyền một phần hoặc hoàn toàn cho các ion dương tại nút mạng khi va chạm, biến thành năng lượng dao động hỗn loạn của các ion. Vì vậy, khi có dòng điện chạy qua thì kim loại nóng lên
Nguyên nhân gây ra điện trở của vật dẫn dựa trên quan điểm của vật lí hiện đại: Các đối tượng vi mô thể hiện rõ lưỡng tính sóng - hạt. Electron ngoài là một hạt, còn thể hiện tính chất sóng (sóng de Broglie (Đơ Brơi)). Trên lí thuyết, nếu mạng tinh thể là tuần hoàn lý tưởng thì sóng electron có thể truyền qua toàn bộ mạng tinh thể mà không gặp trở ngại nào, nghĩa là điện trở bằng không.
Tuy nhiên, trong thực tế không thể có mạng tinh thể lí tưởng, bao giờ mạng tinh thể cũng có những sự sai lệch khỏi tính tuần hoàn và chính những chỗ sai lệch này khiến electron bị tán xạ, đó là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại.
Cụ thể, những sai lệch mạng khỏi tính tuần hoàn có thể vì các nguyên do sau:
- Do dao động mạng tinh thể.
- Do sai hỏng của mạng tinh thể như nút mạng bị khuyết, lệch mạng....
- Do có xen lẫn các nguyên tử tạp chất.
- Do tính hữu hạn của vật dẫn: Sóng electron truyền đến biên của tinh thể sẽ tán xạ. Trong các nguyên do trên thì sự tán xạ electron dẫn lên dao động của mạng tinh thể và lên tạp chất đóng vai trò quan trọng chính.
