Какова скорость дрейфа электронов проводимости и средняя сила, с которой электрическое поле действует на один электрон

Валентинович

13

Хорошо, давайте вместе решим эту задачу.

Сначала нам нужно определить скорость дрейфа электронов проводимости в медной проводящей катушке. Для этого мы можем использовать формулу:

\[v_d = \frac{I}{nAe}\]

где
\(v_d\) - скорость дрейфа электронов проводимости,
\(I\) - ток в проводе,
\(n\) - количество свободных электронов в единице объема,
\(A\) - площадь поперечного сечения провода,
\(e\) - заряд одного электрона.

Для меди заряд одного электрона \(e\) равен \(1,6 \times 10^{-19}\) Кл.

Теперь нам нужно определить значение тока в проводе. Мы можем использовать закон Ома:

\[I = \frac{U}{R}\]

где
\(I\) - ток в проводе,
\(U\) - разность потенциалов на концах провода,
\(R\) - сопротивление провода.

Сопротивление провода можно рассчитать с помощью формулы:

\[R = \frac{\rho L}{A}\]

где
\(R\) - сопротивление провода,
\(\rho\) - удельное сопротивление материала провода (для меди \(\rho = 1,7 \times 10^{-8}\) Ом·м),
\(L\) - длина провода.

Таким образом, подставляя эти значения в формулы, мы можем рассчитать скорость дрейфа электронов проводимости:

\[v_d = \frac{U}{\frac{\rho L}{A} n e} = \frac{U}{\rho n e} \cdot \frac{A}{L}\]

Теперь перейдем к рассчету средней силы, с которой электрическое поле действует на один электрон в медной проводящей катушке.

Существует формула, показывающая взаимосвязь между силой электрического поля и силой Лоренца:

\[F_{\text{ср}} = E \cdot e\]

где
\(F_{\text{ср}}\) - средняя сила, с которой электрическое поле действует на один электрон,
\(E\) - величина электрического поля.

Электрическое поле можно найти, используя формулу:

\[E = \frac{U}{d}\]

где
\(E\) - величина электрического поля,
\(U\) - разность потенциалов на концах провода,
\(d\) - длина провода.

Таким образом, подставляя эти значения в формулы, мы можем рассчитать среднюю силу, с которой электрическое поле действует на один электрон:

\[F_{\text{ср}} = \frac{U}{d} \cdot e\]

Подводя итоги:
- Скорость дрейфа электронов проводимости в медной проводящей катушке равна \(v_d = \frac{U}{\rho n e} \cdot \frac{A}{L}\).
- Средняя сила, с которой электрическое поле действует на один электрон, равна \(F_{\text{ср}} = \frac{U}{d} \cdot e\).

Надеюсь, что это решение достаточно подробно и понятно для школьника. Если у вас остались какие-либо вопросы, пожалуйста, задайте их!