Toptailieu.vn biên soạn và giới thiệu Phương pháp giải Hiện tượng nhiệt điện, suất điện động nhiệt điện (50 bài tập minh họa) hay, chi tiết nhất, từ cơ bản đến nâng cao giúp học sinh nắm vững kiến thức, từ đó học tốt môn Vật lí 11.

Phương pháp giải Hiện tượng nhiệt điện, suất điện động nhiệt điện (50 bài tập minh họa)

1. Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện: 

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

Trong đó:

+ E là suất điện động nhiệt điện (V)

+ α_T là hệ số nhiệt điện động (V/K)

+ T₁, T₂ là nhiệt độ đầu nóng và đầu lạnh hơn của cặp nhiệt điện (K)

- Chú ý: + 1 μV/K = 10^-6 V/K

              + Nếu nhiệt độ được tính bằng ^oC thì suất điện động nhiệt điện có thể tính bằng công thức: $\text{E=}{\alpha }_T.(t_1-t_2)$

              Trong đó t₁, t₂ là nhiệt độ của hai đầu mối hàn, đươc đo bằng ^oC

2. Bài tập ví dụ

Bài 1: Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động α_T = 6,5 μV/K được đặt trong không khí ở t₁ = 20^o C, còn đầu kia được nung nóng ở nhiệt độ t₂.

a) Tìm suất điện động nhiệt điện khi t₂ = 200 ^oC

b) Để suất điện động nhiệt điện là 2,6 mV thì nhiệt độ t₂ là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

a) Suất điện động nhiệt điện khi t₂ = 200 ^oC là:

$$\begin{gathered} \text{E=}{\alpha }_T.(T_1-T_2)={\alpha }_T.(t_2-t_1) \\ ={\mathrm{6,5.10}}^{-6}.(200-20) \\ ={1170.10}^{-6}V=\mathrm{1,17}mV \end{gathered}$$

b) Ta có: $\text{E=}{\alpha }_T.(T_1-T_2)={\alpha }_T.(t_2-t_1)$

=> $t_2\text{=}\frac{\text{E}}{{\alpha }_T}+t_1=\frac{{\mathrm{2,6.10}}^{-3}}{{\mathrm{6,5.10}}^{-6}}+20=420$^oC

Bài 2: Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động α_T = 65 μV/K được đặt trong không khí ở 20^oC, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 320^oC. Tính suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện đó.

Hướng dẫn giải:

Suất điện động nhiệt điện khi t₂ = 200 ^oC là:

$$\begin{gathered} \text{E=}{\alpha }_T.(T_1-T_2) \\ ={\mathrm{6,5.10}}^{-6}.(320-20) \\ ={1950.10}^{-6}V=\mathrm{1,95}mV \end{gathered}$$

Bài 3: Nhiệt kế điện thực chất là một cặp nhiệt điện dùng để đo nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp mà ta không thể dùng nhiệt kế thông thường để đo được. Dùng nhiệt kế điện có hệ số nhiệt điện động α_T = 42 μV/K để đo nhiệt độ của một lò nung với một mối hàn đặt trong không khí ở 20 ^oC còn mối hàn kia đặt vào lò thì thấy milivôn kế chỉ 50,2 mV. Tính nhiệt độ của lò nung.

Hướng dẫn giải:

Chú ý đổi nhiệt độ T₂ = 20 + 273 = 293 K

Ta có: $\text{E=}{\alpha }_T.(T_1-T_2)$

=> $$\begin{gathered} T_1\text{=}\frac{\text{E}}{{\alpha }_T}+T_2=\frac{{\mathrm{50,2.10}}^{-3}}{{42.10}^{-6}}+293 \\ =1488K=1215{}_{o}C \end{gathered}$$

Bài 4: Cặp nhiệt điện Sắt – Constantan có hệ số nhiệt điện động α_T = 50,4 μV/K và điện trở trong r = 0,5Ω. Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở R_G = 19,5 Ω. Đặt mối hàn thứ nhất vào trong không khí ở nhiệt 27 ^oC, nhúng mối hàn thứ hai vào trong bếp điện có nhiệt độ 327 ^oC. Cường độ dòng điện chạy qua điện kế G là

Hướng dẫn giải:

+ Suất nhiệt điện động:

$$\begin{gathered} \text{E=}{\alpha }_T.(T_1-T_2) \\ ={\mathrm{50,4.10}}^{-6}(327-27) \\ =\mathrm{0,01512}V \end{gathered}$$

+ Dòng điện qua điện kế:

$$\begin{gathered} I=\frac{\text{E}}{R_G+r} \\ =\frac{\mathrm{0,01512}}{\mathrm{19,5}+\mathrm{0,5}}=\mathrm{0,000756}A \end{gathered}$$

3. Bài tập tự luyện

Câu 1: Một dây bạch kim ở 20 ⁰C có điện trở suất ${\rho }_0={\mathrm{10,6.10}}^{-8}\Omega .m$. Tính điện trở suất $\rho$ của dây bạch kim này ở 1220 ⁰C. Giả thiết 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 $\alpha ={3.10}^{-3}{K}^{-1}$.

A. 42,4.10^-8$\Omega .m$.

B. 27,6.10^-8$\Omega .m$.

C. 2,3.10^-8$\Omega .m$.

D. 48,8.10^-8$\Omega .m$.

Đáp án D

Câu 2: Một bóng đèn 220V- 40W có dây tóc làm bằng vôn-fram. Điện trở của bóng đèn dây tóc ở 20 ⁰C là R₀ = 121$\Omega$. Cho biết hệ số nhiệt điện trở của vônfram là $\alpha ={\mathrm{4,5.10}}^{-3}{K}^{-1}$. Nhiệt độ của dây tóc khi bóng đèn sáng bình thường là:

A. 2020⁰C. 

B. 2220⁰C. 

C. 2120⁰C. 

D. 1980⁰C.

Đáp án A

Câu 3: Một bóng đèn 220V-100W có dây tóc làm bằng vôn-fram. Khi sáng bình thường nhiệt độ bóng đèn là 2000 ⁰C. Biết nhiệt độ của môi trường là 20 ⁰C và hệ số nhiệt điện trở là $\alpha ={\mathrm{4,5.10}}^{-3}{K}^{-1}$. Điện trở của bóng đèn khi sáng bình thường và khi không thắp sáng lần lượt là

A. 560 Ω và 56,9 Ω.       

B. 460 Ω và 45,5 Ω.        

C. 484 Ω và 48,8 Ω.        

D. 760 Ω và 46,3 Ω.

Đáp án C

Câu 4: Một sợi dây đồng có điện trở R ở 20 ⁰C. Biết hệ số nhiệt điện trở của đồng là 4,3.10^-3 K ^-1. Để điện trở của dây tăng gấp 100/99 lần thì nhiệt độ phải

A. Giảm xuống còn 17,7 ⁰C.               

B. Tăng lên đến 22,3 ⁰C.

C. Tăng lên đến 20,2 ⁰C.           

D. Giảm xuống còn – 17,7 ⁰C.

Đáp án B

Câu 5: Một hợp kim có hệ số nhiệt điện trở bằng 6,7610^-3 K^-1. Một dòng điện có cường độ 0,37A chạy qua điện trở trên ở nhiệt độ 52 ⁰C. Khi nhiệt độ của điện trở này bằng 20 ⁰C, dòng điện chạy qua điện trở sẽ có cường độ bằng bao nhiêu nếu ta giữ hiệu điện thế hai đầu điện trở ổn định?

A. 0,8A.     

B. 0,45A.   

C. 0,6A.     

D. 0,5A.

Đáp án B

Câu 6: Một bóng đèn ở 27 ⁰C có điện trở 45Ω, ở 2123 ⁰C có điện trở 360 Ω. Tính hệ số nhiệt điện trở của dây tóc bóng đèn.

A. 0,0034K^-1.       

B. 0,016K^-1.

C. 0,012K^-1.

D. 0,00185K^-1.

Đáp án A

Câu 7: Người ta cần một điện trở 100 Ω bằng một dây nicrom có đường kính 0,4 mm. Điện trở suất nicrom ρ = 110.10^-8 Ωm. Đoạn dây phải dùng có chiểu dài bằng:

A. 8,9 m.             

B. 10,05 m.

C. 11,4 m.             

D. 12,6 m.

Đáp án C

Câu 8: Một dây kim loại dài 1 m, đường kính 1 mm, có điện trở 0,4 Ω. Chiều dài của một dây cùng chất đường kính 0,4 mm khi dây này có điện trở 125 Ω là:

A. 40 m.             

B. 50 m.

C. 60 m.             

D. 70 m.

Đáp án B

Câu 9: Một dây kim loại dài 1 m, tiết diện 1,5 mm² có điện trở 0,3 Ω. Giá trị điện trở của một dây cùng chất dài 4 m, tiết diện 0,5 mm² là:

A. 0,1 Ω.             

B. 0,25 Ω.

C. 3,6 Ω.             

D. 4 Ω.

Đáp án C

Câu 10: Hai dây đồng hình trụ cùng khối lượng và ở cùng nhiệt độ. Dây A dài gấp đôi dây. Điện trở của chúng liên hệ với nhau như thế nào?

A. R_A = R_B/4.             

B. R_A = 2R_B.

C. R_A = R_B/2.             

D. R_A = 4R_B.

Đáp án B

Câu 11: Một đường ray xe điện bằng thép có diện tích tiết diện bằng 56 cm². Hỏi điện trở của đường ray dài 10 km bằng bao nhiêu? Cho biết điện trở suất của thép bằng 3.10^-7 Ωm.

Đáp án: 0,54 Ω

Câu 12: Một dây dẫn có đường kính 1 mm, chiều dài 2m và điện trở 50 mΩ. Hỏi điện trở suất của vật liệu?

Đáp án: 1,96.10^-8 Ωm

Câu 13: Đường kính của một dây sắt bằng bao nhiêu để nó có cùng điện trở như một dây đồng có đường kính 1,20 mm và cả hai dây có cùng chiều dài. Cho biết điện trở suất của đồng và sắt lần lượt là 9,68.10^–8 Ωm; 1,69.10^–8 Ωm.

Đáp án: 2,87mm

Câu 14: Một biến trở con chạy có điện trở lớn nhất là 150 Ω. Dây điện trở của biến trở là một hợp kim nicrom có tiết diện 0,11 mm² và được quấn đều xung quanh một lõi sứ tròn có đường kính 2,5 cm. Biết điện trở suất của nicrom là 1,1.10^-6 Ωm

a) Tính số vòng dây của biến trở này.

b) Biết dòng điện lớn nhất mà dây có thể chịu được là 2A. Hỏi có thể đặt vào hai đầu dây này một hiệu điện thế lớn nhất là bao nhiêu để biến trở không bị hỏng.

Đáp án: a) 191 vòng; b) 300V

Câu 15: Một dây đồng dài l₁ = 1m. Tìm chiều dài l₂ của dây nhôm để hai dây đồng và nhôm có cùng khối lượng và điện trở. Đồng có điện trở suất ρ₁ = 1,7.10^-8 Ωm, khối lượng riêng D₁ = 8,9.10³ kg/m³, nhôm có điện trở suất ρ₂ = 2,8.10^-8 Ωm, khối lượng riêng D₂ = 2,7.10³ kg/m³.

Đáp án: 1,48m

Câu 16: Để mắc đường dây tải điện từ địa điểm A đến địa điểm B ta cần 1000 kg dây đồng có điện trở suất 1,69.10^-8 Ωm. Muốn thay dây đồng bằng dây nhôm 2,82.10^-8 Ωm mà vẫn đảm bảo chất lượng truyền điện thì phải dùng bao nhiêu kg nhôm? Cho biết khối lượng riêng của đồng là 8900 kg/m³ và của nhôm là 2700 kg/m³.

Đáp án: 506 kg

Câu 17: Suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện phụ thuộc vào

A. Độ chênh lệch nhiệt độ 2 mối hàn.

B. Nhiệt độ mối hàn.

C. Độ chênh lệch nhiệt độ 2 mối hàn và bản chất hai kim loại làm cặp nhiệt điện.

D. Nhiệt độ mối hàn và bản chất hai kim loại làm cặp nhiệt điện.

Đáp án C

Câu 18: Chọn một đáp án đúng:

A. Suất điện động suất hiện trong cặp nhiệt điện là do chuyển động nhiệt của hạt tải điện trong mạch có nhiệt độ không đồng nhất sinh ra.

B. Cặp nhiệt điện bằng kim loại có hệ số nhiệt điện động lớn hơn của bán dẫn.

C. Cặp nhiệt điện bằng kim loại có hệ số nhiệt điện động nhỏ hơn của bán dẫn.

D. Hệ số nhiệt điện động phụ thuộc vào bản chất chất làm cặp nhiệt điện.

Đáp án B

Câu 19: Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động a_T = 48 (mV/K), được đặt trong không khí ở 20 ^oC, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ t ^oC, suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt khi đó là E = 6 (mV). Nhiệt độ của mối hàn còn lại là

A. 125 K.   

B. 398 K.    

C. 418 K.    

D. 145 K.

Đáp án A

Câu 20: Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện 65µV/K đặt trong không khí ở 20 ^oC, còn mối kia được nung nóng đến nhiệt độ 232 ^oC. Suất nhiệt điện của cặp này là:

A. 13,9mV.             

B. 13,85mV.                    

C. 13,87mV.                   

D. 13,78mV.

Đáp án D