Вопрос задан 08.10.2026 в 07:35. Предмет Физика. Спрашивает Прокопенко Варвара.

Определите среднюю скорость направленного движения (дрейфа) электронов вдоль медного проводника при плотности постоянного тока 11 А/мм², если считать, что на каждый атом меди в металле имеется один свободный электрон. Молярная масса меди 64·10⁻³ кг/моль. Плотность меди 8900 кг/м³.

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Шитиков Влад.

Дано:

  • плотность тока: j=11 А/мм2j = 11 \ \text{А/мм}^2
  • молярная масса меди: M=64⋅10−3 кг/мольM = 64 \cdot 10^{-3} \ \text{кг/моль}
  • плотность меди: ρ=8900 кг/м3\rho = 8900 \ \text{кг/м}^3
  • на каждый атом меди приходится один свободный электрон, то есть nn — концентрация свободных электронов равна концентрации атомов меди.

Нужно найти среднюю скорость направленного движения (дрейфа) электронов vv.

Связь плотности тока и скорости дрейфа электронов:

j=nevj = ne v

где:

  • jj — плотность тока,
  • nn — концентрация свободных электронов,
  • e=1,6⋅10−19 Клe = 1{,}6 \cdot 10^{-19}\ \text{Кл} — заряд электрона,
  • vv — скорость дрейфа.

Отсюда:

v=jnev=\frac{j}{ne}

1. Найдём концентрацию атомов меди

Количество вещества в 1 м31 \text{ м}^3 меди:

ν=ρM\nu=\frac{\rho}{M}

Подставим значения:

ν=890064⋅10−3\nu=\frac{8900}{64\cdot10^{-3}}ν≈1,39⋅105 моль/м3\nu\approx 1{,}39\cdot10^5 \ \text{моль/м}^3

Число атомов в 1 м31 \text{ м}^3:

n=νNAn=\nu N_A

где NA=6,02⋅1023 моль−1N_A=6{,}02\cdot10^{23}\ \text{моль}^{-1}.

Тогда:

n=1,39⋅105⋅6,02⋅1023n=1{,}39\cdot10^5 \cdot 6{,}02\cdot10^{23}n≈8,39⋅1028 м−3n\approx 8{,}39\cdot10^{28}\ \text{м}^{-3}

Так как один атом меди даёт один свободный электрон, эта же величина является концентрацией электронов:

ne=8,39⋅1028 м−3n_e=8{,}39\cdot10^{28}\ \text{м}^{-3}

2. Переведём плотность тока в СИ

1 мм2=10−6 м21 \ \text{мм}^2=10^{-6}\ \text{м}^2

Поэтому:

j=11 Амм2=11⋅106 Ам2j=11\ \frac{\text{А}}{\text{мм}^2}=11\cdot10^6\ \frac{\text{А}}{\text{м}^2}

3. Найдём скорость дрейфа

v=jnev=\frac{j}{ne}v=11⋅106(8,39⋅1028)(1,6⋅10−19)v=\frac{11\cdot10^6}{(8{,}39\cdot10^{28})(1{,}6\cdot10^{-19})}

В знаменателе:

8,39⋅1028⋅1,6⋅10−19≈1,34⋅10108{,}39\cdot10^{28}\cdot1{,}6\cdot10^{-19} \approx1{,}34\cdot10^{10}

Следовательно:

v=11⋅1061,34⋅1010v=\frac{11\cdot10^6}{1{,}34\cdot10^{10}}v≈8,2⋅10−4 м/сv\approx8{,}2\cdot10^{-4}\ \text{м/с}

Ответ:

v≈8,2⋅10−4 м/с\boxed{v\approx8{,}2\cdot10^{-4}\ \text{м/с}}

Средняя скорость направленного движения электронов в медном проводнике составляет примерно 0,82 мм/с.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос