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Physics Senior High

3と4番がわかりません 使う公式や考え方を教えてほしいです

8. 自由電子が移動することによって導体には 電流が流れる。 導体中の自由電子の数密度 (単位体積当たりの個数) nは,その導体を特 徴づける基本的な量の一つである。 n を求め る実験を考えよう。 図のように, 幅がw, 高さがd の長方形の 断面をもつまっすぐな導体中を大きさの電 流がy軸の正の向きに流れている。 導体の幅 と高さの方向にそれぞれx軸と軸をとる。 また、導体の両方の側面 KLMN と PQRS の間の電位差を測定できるように電圧計が接 続されている。 電子の電荷をe (e>0) とし 次の問いに答えよ。 K 電圧計 (V L I W N B P 2 S /R (1) この導体に軸正の向きに磁束密度Bの一様な磁場をかけた。このとき,自由電子 の速さをvとすると、 自由電子1個が受けるローレンツ力の大きさはいくらか。 0, B, e を用いて答えよ。 (2) 自由電子はローレンツ力により, 導体側面の一方へ集まり、 他方は少なくなる。 この結果, 両方の側面には互いに反対符号で等しい量の電荷があらわれ, 導体内部 にはx軸方向に電場が発生する。 最終的には, この電場から受ける力と磁場による ローレンツ力がつりあって自由電子は (1) と同じようにy軸に平行に運動する。この ときの電場の強さEをぃと B を用いて表せ。 (3) (2) 自由電子がy軸に平行に運動するようになったとき導体の両方の側面の間の電 位差V を測定した。 自由電子の数密度を、このV と, I, B, de を用いて求めよ。 (4) 側面 KLMN と PQRS ではどちらの電位が高いか。

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(2) 導線内の電場の強さを測るにあたって、、、導線内に一様な電場ができていると言っているのですが、どこをどう見てそういうことになったのでしょうか

基本例題63 導線内の自由電子の移動 基本問題 474 長さ 9.0m, 断面積 5.0×10-7m²,抵抗 0.50Ωの導線に, 3.6Aの電流が流れている。 電子の電気量を -1.6×10-19C導線1m²あたりの自由電子の数を 9.0×1028 個とする。 (1) 導線の両端の電位差Vはいくらか。 (2) 導線内の電場の強さEはいくらか。 (3) 導線内の自由電子が, 電場から受ける力の大きさFはいくらか。 (4) 導線内の自由電子が移動する平均の速さはいくらか。 指針 (1) オームの法則を用いる。 (2) 導線内には一様な電場が生じ, 距離 dはな れた2点間の電位差は,V=Ed と表される。 (3) 自由電子の電気量の大きさをeとすると, 静電気力の大きさ F は, F = eEである。 (4) 電子の電気量の大きさe, 1m² 中の自由電 子の数n, 平均の速さ, 導線の断面積Sを用 いて 導線を流れる電流 I は, I = envS となる。 解説 (1) オームの法則から, V=RI=0.50×3.6 = 1.8V (2) V=Ed の式から, E=- = 指針 (1) 並列に接続された R2, R3 の合 成抵抗を求め、その合成抵抗と直列に接続され たR, との合成抵抗を求める。 V 1.8 d 9.0 v= (3) 自由電子が受ける静電気力の大きさFは, F=eE=(1.6×10-19) ×0.20=3.2×10-20N 基本例題64 抵抗の接続 図のような電気回路について,次の各問に答えよ。 (1) ac間の合成抵抗はいくらか。 (4) 導線を流れる電流 Ⅰ は, 平均の速さを用 いて, I = envS と表されるので I ens = 0.20V/m ac間に電池を接続したところ, R2 に 0.80Aの電流が a 流れた。 このとき,以下の各問に答えよ。 (2) bc間の電圧はいくらか。 (3) ac間の電圧はいくらか。 3.6 (1.6×10-19) × (9.0×1028) × (5.0×10-7) =5.0×10m/s 19. 電流 237 R₁ 4.0Ω to its to 74 基本問題 478, 479,480 R2 6.0Ω R3 12Ω (3) R3 を流れる電流をIとすると,オームの法 Vbc 4.8 則から, I3= =0.40A R3 12 Xlit ma

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