Разность потенциалов на концах железной проволоки длиной 100 м равна 20 В. Найдите среднюю скорость упорядоченного движения электронов в проводнике, если концентрация электронов проводимости в железе 4 • 1022 см~3. Удельное сопротивление железа 1,2*10~7Ом-м.
от

1 Ответ

Дано:
- Длина проволоки L = 100 м
- Разность потенциалов U = 20 В
- Концентрация электронов n = 4 * 10^22 см^(-3) = 4 * 10^28 м^(-3) (перевели в СИ)
- Удельное сопротивление железа ρ = 1,2 * 10^(-7) Ом • м

Найти:

- Среднюю скорость упорядоченного движения электронов v_d в проводнике.

Решение:

1. Сначала найдем силу тока I, используя закон Ома:

I = U / R

2. Сопротивление R проволоки можно найти по формуле:

R = ρ * (L / A)

где A – площадь поперечного сечения проволоки.

3. Подставим R в формулу для I:

I = U / (ρ * (L / A))  
I = (U * A) / (ρ * L)

4. Плотность тока J можно выразить как:

J = I / A  
J = (U * A) / (ρ * L * A)  
J = U / (ρ * L)

5. Теперь подставим известные значения для J:

J = 20 / (1,2 * 10^(-7) * 100)

6. Вычислим J:

J = 20 / (1,2 * 10^(-5))  
J = 1,6667 * 10^6 А/м²

7. Плотность тока также связана со средней скоростью электронов v_d, концентрацией электронов n и зарядом электрона e (e ≈ 1,6 * 10^(-19) Кл) по формуле:

J = n * e * v_d

8. Теперь можем выразить v_d:

v_d = J / (n * e)

9. Подставим известные значения:

v_d = (1,6667 * 10^6) / (4 * 10^28 * 1,6 * 10^(-19))

10. Вычислим v_d:

v_d = (1,6667 * 10^6) / (6,4 * 10^9)  
v_d ≈ 2,604 * 10^(-4) м/с

Ответ:
Средняя скорость упорядоченного движения электронов в железном проводнике составляет примерно 2,604 * 10^(-4) м/с.
от