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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
