Lý thuyết Dòng điện trong chân không và bài tập vận dụng

1. Cách tạo ra dòng điện trong chân không:

– Môi trường chân không đã loại bỏ các phân tử khí và không chứa các hạt mang điện, do đó không dẫn điện mặc định.

– Để tạo điều kiện để chân không trở thành dẫn điện, chúng ta cần phải thêm electron vào trong nó.

– Dòng điện trong môi trường chân không là dòng chuyển động của electron đã được thêm vào trong khoảng chân không đó.

– Thuyết electron về sự dẫn điện của kim loại có thể được trình bày như sau:

– Trong kim loại, các nguyên tử trải qua quá trình mất electron hóa trị và trở thành các ion dương.

– Các ion dương này tạo liên kết với nhau một cách có trật tự, hình thành một mạng tinh thể kim loại cơ động.

Mạng tinh thể này cho phép các ion dương dao động nhiệt độ xung quanh các nút trong mạng.

Các electron hóa trị được giải phóng từ nguyên tử và trở thành electron tự do, với mật độ electron này duy trì ổn định. Các electron này di chuyển hỗn loạn và tạo thành một khí electron tự do.

Khi có một nguồn điện ngoài, nó tạo ra một điện trường E→ đẩy các electron tự do di chuyển ngược chiều với hướng của điện trường này, tạo ra dòng điện.

Sự không ổn định trong mạng tinh thể kim loại ảnh hưởng đến chuyển động của electron tự do, và đây là nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại.

Hạt mang điện trong kim loại chính là các electron tự do, với mật độ cao. Điều này giải thích tại sao kim loại dẫn điện rất tốt.

⇒ Dòng điện trong kim loại là sự di chuyển có hướng của các electron tự do chịu tác động của điện trường.

2. Tia catot – Cấu tạo quan trọng trong Dòng điện trong chân không:

2.1. Tính chất của tia catot:

1. Tia catot phát ra từ catot theo phương vuông góc với bề mặt catot và có khả năng tương tác với các vật cản, gây tích điện âm cho chúng.

2. Tia catot mang theo năng lượng và có thể gây ra các hiện tượng như làm đen phim ảnh, kích thích hiện tượng huỳnh quang trong một số tinh thể, tạo ra tia X từ kim loại, làm nóng các vật thể mà nó chiếu vào và tạo ra tác động lực lên chúng.

3. Từ trường có thể làm tia catot lệch theo hướng vuông góc so với hướng truyền và hướng của từ trường, trong khi điện trường có thể làm tia catot lệch theo hướng ngược lại so với hướng của điện trường.

2.2. Bản chất của tia catot:

Tia catot thực ra là dòng electron được phát ra từ catot, mang theo năng lượng lớn và tự do bay trong không gian.

3. Ứng dụng của Dòng điện trong chân không:

1. Một trong những ứng dụng phổ biến của tia catot là tạo ra ống phóng điện tử và đèn hình.

2. Nó cũng được sử dụng trong các ứng dụng khác như đèn chân không.

3. Trong lĩnh vực y tế, tia X được sử dụng để chẩn đoán các bệnh lý

4. Bài tập vận dụng của Dòng điện trong chân không

Câu 1. Bản chất dòng điện trong kim loại khác với bản chất dòng điện trong chân không và trong chất khí như thế nào?

A. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron. Còn dòng điện trong chân không và trong chất khí đều là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương và ion âm

B. Dòng điện trong kim loại và trong chân không đều là dòng dịch chuyển có hướng của các electron. Còn dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các electron, của các ion dương và ion âm

C. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron. Dòng điện trong chân không là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương và ion âm. Còn dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của cac electron, ion dương và ion âm

D. Dòng điện trong kim loại cũng như trong chân không và trong chất khí đều là dòng dịch chuyển có hướng của các electron

Lời giải:

Chọn B.

Dòng điện trong kim loại và trong chân không đều là dòng dịch chuyển có hướng của các electron. Còn dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các electron, của các ion dương và ion âm.

Câu 2. Dòng chuyển dời có hướng của các ion dương, ion âm và electron tự do là dòng điện trong môi trường

A. chất khí              B. chân không

C. kim loại              D. chất điện phân

Lời giải:

Chọn A.

Dòng chuyển dời có hướng của các ion dương, ion âm và electron tự do là dòng điện trong môi trường chất khí.

Câu 3. So sánh bản chất thì dòng điện trong các môi trường nào do cùng 1 loại hạt tải điện tạo nên ?

A. Kim loại và chân không

B. Chất điện phân và chất khí

C. Chân không và chất khí

D. Không có hai môi trường như vậy

Lời giải:

Chọn A.

Dòng điện trong kim loại và dòng điện trong chân không đều là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do.

Câu 4. Khi nói về dòng điện trong chân không, phát biểu nào dưới đây sai ?

A. Dòng điện trong chân không chỉ đi theo một chiều từ anot sang catot

B. Sau khi bứt khỏi catot của ống chân không chịu tác dụng của điện trường electron chuyển động từ catot sang anot

C. Dòng điện trong chân không là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường

D. Khi nhiệt độ càng cao thì cường độ dòng điện bão hòa càng lớn

Lời giải:

Chọn C.

Dòng điện trong chân không là dòng dịch chuyển có hướng của các electron ngược chiều điện trường.

Câu 5. Bản chất của dòng điện trong chân không là

A. dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường và của các ion âm ngược chiều điện trường

B. dòng dịch chuyển có hướng của các electron ngược chiều điện trường

C. dòng chuyển dời có hướng ngược chiều điện trường của các electron bứt ra khỏi catốt khi bị nung nóng

D. dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường, của các ion âm và electron ngược chiều điện trường

Lời giải:

Chọn C.

Bản chất của dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng ngược chiều điện trường của các electron bứt ra khỏi catốt khi bị nung nóng.

Câu 6. Cường độ dòng điện bão hoà trong chân không tăng khi nhiệt độ catôt tăng là do

A. số hạt tải điện do bị iôn hoá tăng lên

B. sức cản của môi trường lên các hạt tải điện giảm đi

C. số electron bật ra khỏi catốt nhiều hơn

D. số eletron bật ra khỏi catốt trong một giây tăng lên

Lời giải:

Chọn D.

Cường độ dòng điện bão hoà trong chân không tăng khi nhiệt độ catôt tăng là do số eletron bật ra khỏi catốt trong một giây tăng lên.

Câu 7. Khi nói về dòng điện trong chân không, phát biểu nào sau đây đúng ?

A. Dòng điện trong chân không tuân theo định luật Ôm

B. Khi hiệu điện thế đặt vào điốt chân không tăng thì cường độ dòng điện tăng

C. Dòng điện trong điốt chân không chỉ theo một chiều từ anốt đến catốt

D. Quỹ đạo của electron trong tia catốt không phải là một đường thẳng

Lời giải:

Chọn C.

Dòng điện chạy trong điôt chân không chỉ theo một chiều từ anôt đến catôt.

Câu 8. Cường độ dòng điện bão hoà trong điốt chân không bằng 1 mA, trong thời gian 1 s số electron bứt ra khỏi mặt catốt là

A. 6,6.10¹⁵ electron              B. 6,1.10¹⁵ electron

C. 6,25.10¹⁵ electron              D. 6,0.10¹⁵ electron

Lời giải:

Chọn C.

Khi cường độ dòng điện bão hòa, điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của sợi dây là

q = It = 10^-3.1 = 10^-3 C

Cường độ dòng điện bão hòa khi toàn bộ electron bứt ra khỏi catôt đều di chuyển sang anôt

Vậy số electron bứt ra khỏi catôt trong 1 s là

Câu 9. Câu nào dưới đây nói về chân không vật lý là không đúng?

A. Chân không vật lý là một môi trường trong đó không có bất kỳ phân tử khí nào.

B. Chân không vật lý là một môi trường trong đó các hạt chuyển động không bị va chạm với các hạt khác.

C. Có thể coi bên trong một bình là chân không nếu áp suất trong bình ở dưới khoảng 0,0001mmHg.

D. Chân không vật lý là một môi trường không chứa sẵn các hạt tải điện nên bình thường nó không dẫn điện.

Lời giải:

Chọn D

– Chân không vật lý là một môi trường trong đó không có bất kỳ phân tử khí nào

– Chân không vật lý là một môi trường trong đó các hạt chuyển động không bị va chạm với các hạt khác

– Có thể coi bên trong một bình là chân không nếu áp suất trong bình ở dưới khoảng 0,0001mmHg

Câu 10. Bản chất của dòng điện trong chân không là

A. Dòng dịch chuyển có hướng của các iôn dương cùng chiều điện trường và của các iôn âm ngược chiều điện trường

B. Dòng dịch chuyển có hướng của các electron ngược chiều điện trường

C. Dòng chuyển dời có hướng ngược chiều điện trường của các electron bứt ra khỏi catốt khi bị nung nóng

D. Dòng dịch chuyển có hướng của các iôn dương cùng chiều điện trường, của các iôn âm và electron ngược chiều điện trường

Lời giải:

Chọn C

Bản chất của dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng ngược chiều điện trường của các electron bứt ra khỏi catốt khi catôt bị nung nóng.

Câu 11. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Tia catốt có khả năng đâm xuyên qua các lá kim loại mỏng.

B. Tia catốt không bị lệch trong điện trường và từ trường.

C. Tia catốt có mang năng lượng.

D. Tia catốt phát ra vuông góc với mặt catốt.

Lời giải:

Chọn B

Tia catốt bị lệch trong điện trường và từ trường.

Câu 12. Cường độ dòng điện bão hoà trong chân không tăng khi nhiệt độ catôt tăng là do:

A. Số hạt tải điện do bị iôn hoá tăng lên.

B. Sức cản của môi trường lên các hạt tải điện giảm đi.

C. Số electron bật ra khỏi catốt nhiều hơn.

D. Số eletron bật ra khỏi catốt trong một giây tăng lên.

Lời giải:

Chọn D

Cường độ dòng điện bão hoà trong chân không tăng khi nhiệt độ của catôt tăng là do số eletron bật ra khỏi catốt trong một giây tăng lên.

Câu 13. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Dòng điện trong chân không tuân theo định luật Ôm.

B. Khi hiệu điện thế đặt vào điốt chân không tăng thì cường độ dòng điện

C. Dòng điện trong điốt chân không chỉ theo một chiều từ anốt đến catốt.

D. Quỹ đạo của electron trong tia catốt không phải là một đường thẳng.

Lời giải:

Chọn C

Dòng điện trong điốt chân không chỉ theo một chiều từ anốt đến catốt.