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物理 大学生・専門学校生・社会人

私立医学部の問題です 解説お願いします

[TI] 長さ 断面積きの一様な針金の両穫を電圧 の電池につないだとき, その回路において 成立する電流の大きさやジュールの法則に関して, 電子の運動の立場から 1 つの仮説を作ること を考える。論理的につじつまが合うよう, 下記の文章の | ] に簡した答えを記せ。 なお, 自 由電子1個の質基および電荷の大きさを, それぞれ mn およびeとする。また。 針金の形択は凡 と考える。 針金の内部には, 長さんの方向に/との電場が生じていると考え, 自由電子は長さ方向にしか 運動しないと仮定する。針金の中の自由電子は, その電場から力を受けて加速されるが, 針金を 構成している原子に非沸性衝突していったん停止し, 起ちに電場によって加速されるものと考え る (停止している時間をゼロ秒とする) 。このように, 電子は通間的な停止と等加速度運動とを 多数回線り返すが, 等加速度運動している時間は常に一定値 7とする。このとき, 自由電子1個 が針金の一端から出革して他敵に達するまでの時間は。 / 7eV) である。 このような自由 電子の流れが電流であると考え, 針金内に単位体積当たり ヵ 個の自由電子があるとすると, 電流 の大きさは X 8である。また, 針金の抵抗値は / (7S) と表される。 ところで, 1個の自由電子が 1 回の非弾性衛突によって失うエネルギーは / 2の) である。このエネルギーは自由電子 1 個に対して時間 ごとに失われるのであるから, 単位時間 当たり, 針金の中の全自由電子が失うエネルギーは, SV*x / (2が) である。 これは, 単位時間当たりに発生するジュール熱に等しい。

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1-4を分かるところまででいいので教えて下さい。

2. 図(4)のように透磁率がal領域724領域吊の2種類の磁性体が平面境界で接してお り, この面と距離9離れたところを平行に無限長の直線電流/が紙面の手前から奥へ流れ ている。 なお, 境界には電流は流れていない。また, /2 > /1とする。 次の各間に答え よ。 1) 図(a)で領域の磁界を考えると や きには, 図(5)のように全領域が透 .ら 9 。 磁率1の尋質中に, 電流/の他に境 く てべ、r 界の反対側の@の距離に電流7を考 1 " え。 これらによる磁界の重ね合わせ 1 であると仮定する。また, 図()で 1 件城Iの磁界を考えるときには。 図 (9のように全領域が42の媒質中に Me の MM 電流"を考え。 これによる磁界と仮 定する。 この仮定が正しくなる条件を説明せよ。 (2) のを求めよ。導出も書くこと。 (3) 図(9)において, 電流/に働く 力の向きと単位長さあたりのその大きさを求めよ。導 出も書くこと。また, /, /は使わない。 (4) 図()に示すように, 領域!の透克率が2で電流が, 領域Iの透 磁率が1で電流が/のよう な状況を考える。 このとき, 電流/とのそ れぞれに働く力の向きと単位長さあたりのその大きさを求めよ。ただ し, のは使わない。

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