Какова скорость движения электронов проводимости и средняя сила, с которой электрическое поле воздействует на один

Тема вопроса: Скорость проводимости электронов и сила воздействия электрического поля на один электрон в проводнике

Объяснение: В данной задаче нам необходимо вычислить скорость движения электронов в медном проводнике и среднюю силу, с которой электрическое поле воздействует на один электрон.

Для начала, воспользуемся уравнением для электричного поля E: E = U / d, где U - разность потенциалов на концах проводника, d - расстояние между этими концами.

В данной задаче разность потенциалов U равна 110 В, а сечение проводника S равно 0,1 мм2, что равно 0,1 * 10^-6 м2.

Теперь воспользуемся формулой для силы F, с которой электрическое поле воздействует на один электрон: F = e * E, где e - элементарный заряд электрона.

Значение элементарного заряда электрона e равно 1,6 * 10^-19 Кл.

Теперь мы можем вычислить поле E, зная U и d, и силу F, зная e и E.

Далее, воспользуемся формулой для скорости проводимости электронов в проводнике: v = (I / n) * e, где I - сила тока, n - плотность заряда проводимости.

Плотность заряда проводимости равна n = N * e, где N - количество электронов в единице объема проводника.

Исходя из даных, проводник массой 1 кг, для меди известно, что количество электронов в единице объема равно 8.5 * 10^28 м^-3.

Вычисления:

У нас есть:
U = 110 В
d = 0,1 * 10^-6 м
e = 1,6 * 10^-19 Кл
N = 8.5 * 10^28 м^-3

Вычисляем:
E = U / d = 110 / (0,1 * 10^-6) = 1.1 * 10^6 В/м
F = e * E = (1,6 * 10^-19) * (1.1 * 10^6) = 1.76 * 10^-13 Н

n = N * e = (8.5 * 10^28) * (1,6 * 10^-19) = 1.36 * 10^10 м^-3

Теперь, поскольку у нас нет информации о силе тока, мы не можем найти скорость проводимости электронов в меди, так как она зависит от силы тока. Если у нас будет информация о силе тока, мы сможем продолжить вычисления и найти скорость проводимости электронов.

Совет: Чтобы лучше понять данную задачу, рекомендуется изучить основы электричества, включая понятия о разности потенциалов, электрическом поле, элементарном заряде и токе. Полезно также ознакомиться с формулами, связанными с электрическими явлениями, и особенно с формулами, используемыми в данной задаче.

Практика: Если в медном проводнике сила тока равна 2 А, найдите скорость движения электронов проводимости.

Тема урока: Электрический ток и движение заряда в проводнике

Инструкция:
Скорость движения электронов проводимости в металле определяется силой тока и плотностью электрического заряда в проводнике. При наличии разности потенциалов, электрическое поле воздействует на электроны и заставляет их двигаться. Сила тока в проводнике определяется отношением электрического заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, к времени его прохождения.

Для решения задачи, нам нужно знать следующие данные:
Масса медного провода: 1 кг
Площадь поперечного сечения провода: 0,1 мм² = 0,1 × 10^(-6) м²
Разность потенциалов на концах провода: 110 В

Сначала найдем заряд электрона проводимости. Заряд электрона (e) равен примерно 1,6 × 10^(-19) Кл.

Затем, используя формулу I = Q / t, где:
I - сила тока (Ампер),
Q - заряд (Кулон),
t - время (секунды).

Используя формулу I = nAv, где:
n - плотность электрического заряда (электронов/м³),
A - площадь поперечного сечения провода (м²),
v - скорость движения электронов (м/с).

Сначала найдем плотность электрического заряда (n). При массе меди в 1 кг (м), количество меди (N) можно найти, разделив массу на молярную массу меди (м = N × M, где M - молярная масса меди, около 63,5 г/моль).

Далее, используя число Авогадро (6 × 10^(23) атома в 1 моль), мы можем найти количество электронов в меди.

Наконец, используя формулу v = I / (nA), мы можем найти скорость движения электронов.

Расчеты:
1. Заряд электрона (e) = 1,6 × 10^(-19) Кл
2. Масса меди (м) = 1 кг
3. Молярная масса меди (M) = 63,5 г/моль
4. Количество меди (N) = м / M
5. Количество электронов (N × Авогадро) = N × (6 × 10^(23))
6. Плотность электрического заряда (n) = количество электронов / A
7. Сила тока (I) = заряд / время
8. Скорость движения электронов (v) = сила тока / (плотность электрического заряда × площадь поперечного сечения провода)

Вычисления:
1. Заряд электрона (e) = 1,6 × 10^(-19) Кл
2. Масса меди (м) = 1 кг
3. Молярная масса меди (M) = 63,5 г/моль
4. Количество меди (N) = 1 / 63,5 ≈ 0,0158 моль
5. Количество электронов (N × Авогадро) = 0,0158 × (6 × 10^(23)) ≈ 9,48 × 10^(21) электронов
6. Плотность электрического заряда (n) = 9,48 × 10^(21) / (0,1 × 10^(-6)) ≈ 9,48 × 10^(27) электронов/м³
7. Сила тока (I) = e × n × A
I = (1,6 × 10^(-19)) × (9,48 × 10^(27)) × (0,1 × 10^(-6)) ≈ 1,52 Ампер
8. Скорость движения электронов (v) = I / (n × A)
v = 1,52 / (9,48 × 10^(27) × 0,1 × 10^(-6)) ≈ 1,60 × 10^(-2) м/с

Таким образом, скорость движения электронов проводимости составляет примерно 1,60 × 10^(-2) м/с, а средняя сила, с которой электрическое поле воздействует на один электрон в медном проводе, равна примерно 1,52 Ампер.

Совет: Если вы сталкиваетесь с подобной задачей, важно понимать основные формулы и сделать необходимые вычисления с точностью. Изучение физики и электрического тока будет более легким и понятным, если вы осознаете связь между величинами, используемыми в задаче, и применяемыми формулами. Регулярная практика решения подобных задач поможет вам лучше понять и запомнить принципы физики и электрического тока.

Упражнение:
Найдите силу тока, если разность потенциалов на концах провода 220 В, а его сопротивление составляет 4 Ом.