Найти силу тока в металлическом проводнике объемом 1 см3, если ежесекундно через него проходит 109 электронов, площадь сечения 100 см2, расстояние пройденное электроном 5 см.
Чтобы решить эту задачу, воспользуемся таким понятием, как плотность тока.
Плотность тока j равна отношению силы тока I к площади поперечного сечения S, то есть:
С другой стороны существует формула, которая связывает плотность тока j с концентрацией электронов n и скоростью их упорядоченного движения υ:
j=neυ
Здесь e – модуль заряда электрона, равный 1,6·10-19 Кл.
При этом концентрацию электронов мы можем найти из следующего отношения, ведь в условии сказано, что в объеме металла V0 содержится N0 свободных электронов:
n=N0V0
Тогда:
j=N0V0eυ(2)
Приравняем (1) и (2):
N0eυV0=IS
υ=IV0N0eS
Задача решена, подставим данные задачи в СИ и посчитаем ответ:
Пусть х скорость поезда во второй половине пути, тогда скорость поезда в первой половине пути 1,2х. Средняя путевая скорость поезда это отношение пути S, который проехал поезд, ко времи t, которое он затратил на этот путь. Можно записать 1) S/t=60 км/ч или t=S/60
Время t=t₁+t₂, то есть время, затраченное на проезд первой половины пути t₁ и время, затраченное на проезд второй половины пути t₂.
B 1) и во 2) формулах время, затраченное поездом на весь путь, поэтому можно записать равенство: S/60=(1,1S)/(1,2x) 1,2x=(1,1S*60)/S=66 - скорость поезда в первой половине пути x=66/1,2=55 км/ч - скорость поезда во второй половине пути
В общем я найду расстояние пройденное 2-й точкой до встречи. Будем считать, что эта точка движется медленнее, т.е. ее период больше. v₁ = 2π*r/T₁ => путь пройденный этой точкой l₁ = v₁*t = 2π*r*t/T₁ Соответственно для точки 2 имеем: v₂ = 2π*r/T₂ и l₂ = 2π*r*t/T₂ Расстояние пройденное точкой 1 больше расстояния пройденного точкой 2 на величину длины окружности т.е. на 2*π*r Имеем l₁ - l₂ = 2π*r*t/T₁ - 2π*r*t/T₂ = 2*π*r t/T₁ - t/T₂ = 1 t*((T₂-T₁)/(T₁*T₂)) = 1 => t = T₁*T₂/(T₂-T₁) l₂ = 2*π*r*T₁*T₂/(T₂*(T₂-T₁)) = 2*π*r*T₁/(T₂-T₁) - путь пройденный 2-й точкой до первой встречи.
Дано:
S=0,5 см2, I=3 А, V0=1 см3, N0=4⋅1022, υ−?
Решение задачи:
Чтобы решить эту задачу, воспользуемся таким понятием, как плотность тока.
Плотность тока j равна отношению силы тока I к площади поперечного сечения S, то есть:
С другой стороны существует формула, которая связывает плотность тока j с концентрацией электронов n и скоростью их упорядоченного движения υ:
j=neυ
Здесь e – модуль заряда электрона, равный 1,6·10-19 Кл.
При этом концентрацию электронов мы можем найти из следующего отношения, ведь в условии сказано, что в объеме металла V0 содержится N0 свободных электронов:
n=N0V0
Тогда:
j=N0V0eυ(2)
Приравняем (1) и (2):
N0eυV0=IS
υ=IV0N0eS
Задача решена, подставим данные задачи в СИ и посчитаем ответ:
υ=3⋅10–64⋅1022⋅1,6⋅10–19⋅0,5⋅10–4=9,38⋅10–6м/с=9,38мкм/с
ответ: 9,38 мкм/с.