Яка середня швидкість руху електронів у вольфрамовій нитці розжарення електричної лампи, яка працює при напрузі

Содержание: Розрахунок середньої швидкості руху електронів у вольфрамовій нитці електричної лампи.

Об"яснення: Для розрахунку середньої швидкості руху електронів у вольфрамовій нитці електричної лампи, нам необхідно використати формулу, що враховує закон Ома та відомості про вольфрам.

Перш за все, з"ясуємо, що потужність P електричної лампи обчислюється за формулою P = U * I, де U - напруга, а I - сила струму. У нашому випадку, напруга дорівнює 220 В, а потужність - 100 Вт.

Далі, формула для потужності електрону P_e = (1/2) * m_e * v_e^2, де m_e - маса електрона, а v_e - його швидкість. Ми хочемо знайти швидкість v_e.

Так як вольфрамова нить є провідником, то можна скористатися формулою для сили струму I = n * e * v_e * A, де n - концентрація електронів, e - заряд електрона, A - площа перерізу нитки.

Підставимо відомі значення і виразимо швидкість v_e:

100 = n * e * v_e * 0.05

Отже, швидкість v_e = 100 / (n * e * 0.05)

Для формули n можна використати молярну масу вольфраму, яка дорівнює 184 г/моль. Переведемо її в кількість молей на одиницю об"єму:

n = (184 г/моль) / (18384 г/м³) = 1 * 10^(-5) м³/моль

Знаючи заряд електрона e = 1.6 * 10^(-19) Кл та площу A = 0.05 м², підставимо ці значення до формули:

v_e = 100 / (1 * 10^(-5) м³/моль * 1.6 * 10^(-19) Кл * 0.05 м²)

Отримаємо швидкість v_e в м/с, аби перевести її в мм/с, потрібно помножити на 1000:

v_e = v_e * 1000 мм/с

Заокруглимо отримане значення до десятих та запишемо його як десятковий дріб з комою.

Приклад використання: Задана напруга електричної лампи U = 220 В та потужність P = 100 Вт. Площа поперечного перерізу нитки A = 0,05 м², а молярна маса вольфраму - 184 г/моль. Знайдіть середню швидкість руху електронів у вольфрамовій нитці розжареної електричної лампи у мм/сек.

Порада: Для виконання розрахунків можна використовувати науковий калькулятор та обчислювати значення поетапно. Не забудьте перевірити одиниці вимірювання, щоб вони були узгоджені у всіх розрахунках.

Вправа: Задайте напругу U = 120 В та потужність P = 75 Вт. Площа поперечного перерізу нитки A = 0,02 м², а молярна маса вольфраму - 216 г/моль. Знайдіть середню швидкість руху електронів у вольфрамовій нитці розжареної електричної лампи у мм/сек.