Медный проводник имеет длинут 500 м и площадь поперечного сечения 0,5 мм2 ... а) чему равна сила тока в проводнике при напряжении на его концах 12 В? удельное сопротивление меди 1,7 умножить 10 - 8 степени Ом умноженных на м б) Определите скорость упорядоченного движения электронов. Концентрацию свободного движения для меди равной 8,5 умножить на 10 в 28 степени метров в минус 3 степени, а модуль заряда электрона равным 1,6 умножить на 10 в минус 19 степени Кл в) К первому проводнику последовательно подсоединили второй медный проводник вдвое большего диаметра. Какой будет скорость упорядоченного движения электронов во втором проводнике?

Решение для вопроса а)

Что мы знаем о токе, напряжении и сопротивлении?

I=U/R, U=I*R

I - ток в Амперах,

U - напряжение в Вольтах

R - сопротивление в Омах

Что такое ток величиной в 1 Ампер?

Это такой ток, при котором за 1 секунду через проводник проходит заряд в 1 Кулон.

1 А = 1 Кл/с (1 Ампер равен 1 Кулон в секунду)

Что нам известно из условий?

U = 12 В - напряжение

р = 1,7*10e-8 Ом*м - удельное сопротивление "ро" (величина сопротивления проводника сечением 1 квадратный метр и длиной 1 метр).

Наш проводник имеет сечение S=0,5 мм^2 или 0,0000005 м^2 или 0,5*10e-6 м^2 (в одном кв. метре 1000000 кв. миллиметров - 1000*1000) и длину L=500 м

Получаем сопротивление проводника

R=p*L/S=1,7*10e-8 * 500 / 0,5*10e-6 = 0,000000017*500/0,0000005 = 17 Ом

Ток тогда будет:

I=U/R=12/17 A (0,706 ... Aмпер)

Решение для вопроса б)

Сила тока I так же выражается через следующие величины:

I=e*n*S*Vср

е - заряд электрона, Кл

n - концентрация электронов, шт/м^3 (штук на кубометр)

S - площадь сечения, м^2

Vср - средняя скорость упорядоченного движения электронов, м/с

Поэтому

Vср=I / (e*n*S) = (12/17) / (1,6*10e-19 * 8,5*10e+28 * 0,5*10e-6) = 11,657*10e-3 м/с (или 11,657 мм/с)

Решение для вопроса в)

Рассуждаем аналогично решению а) и б)

Сначала нужно найти общий ток (общее сопротивление).

Т. к. в условии в) говорится о диаметре, делаем вывод, что все провода круглого сечения.

Длина второго провода не указана. Допустим, она тоже 500 м.

Площадь круга определяется соотношением:

S = (пи*D^2) / 4,

где D - диаметр круга,

пи = 3,1415926.

Таким образом, при увеличении диаметра вдвое, площадь сечения провода увеличивается вчетверо,

при увеличении диаметра втрое, площадь сечения провода увеличивается в девять раз и т. д.

Итого S2 = S1*4 = 0,5*10e-6 * 4 = 2*10e-6 М^2

Если площадь сечения провода увеличилась вчетверо, то, при такой же длине, его сопротивление уменьшится вчетверо.

Итого R2=R1/4 = 17/4 Ом = 4,25 Ом

Общее сопротивление при последовательном соединении суммируется, поэтому

I=U/R=U / (R1+R2) = 12 / (17+17/4) = 48/85 = 0,5647 ... A

Упорядоченная скорость электронов для второго проводника тогда будет:

Vср=I / (e*n*S2) = (48/85) / (1,6*10e-19 * 8,5*10e+28 * 2*10e-6) = 0,02076*10e-3 м/с (или 0,02076 мм/с)