• ベストアンサー

オームの法則

Quarksの回答

  • ベストアンサー
  • Quarks
  • ベストアンサー率78% (248/317)
回答No.1

陽イオンに衝突して速さ0になった電子が、一様電場によって時間t0の間加速されて速さuになった直後に、再び別の陽イオンと衝突して止まるという過程を考えてみます。電子が受ける静電気力は、一様電場からの力ですから、大きさ一定の力(つまりは加速度も一定)ということになり、電子の加速中の運動は等加速度直線運動だということになります。このことから、問題文の平均の速さvは、単純な平均値として良いことがわかります。つまり  v=(0+u)/2=u/2 と表されるはずです。 導体内の電子が加速されている間に進む長さv・t0と同じ長さの導体を考えてみます。この幅での電位差V'は、一様電場ですから、電位差は長さに単純に比例しており  V:L=V':(v・t0) ∴V'=V・(vt0)/L この電位差を受けた電子は、電場から仕事Wをされます。  W=e・V' この仕事は、静止していた電子が得る運動エネルギーK(=(1/2)m・u^2)になりますから  (1/2)m・u^2=e・V'=e・V・(vt0)/L ∴u=√{2・e・V・(vt0)/(m・L)} v=u/2 に代入して整理すると  v=(1/2)e・V・t0/(m・L)   一方、導体を流れる電流は  I=n・S・v・e となることがわかっています※から、オームの法則 V=R・I より  V=R・(n・S・v・e) 更に抵抗率ρを用いて抵抗Rを表すと R=ρ・(L/S) ですから  V=ρ・(L/S)・(n・S・v・e)  =ρ・(L・n・v・e)   これに、先に求めた式 v=(1/2)e・V・t0/(m・L) を代入して整理すると  ρ=…   ※導体の任意の断面Sを考えます。速さvで進む電子は、tの時間内に断面を通過できるためには、断面からv・tより近い位置に有ったものに限定されます。この範囲(S・v・t)内に有った電子は、電子個数密度nを用いて  n・S・v・t 個です。これらの電子がt[s]間に断面を通過するのですから、電流Iの定義から  I=(n・S・v・t)・e/t  =n・S・v・e

noname#163722
質問者

補足

 V:L=V':(v・t0) ∴V'=V・(vt0)/L のVはどの電位差のことですか?

関連するQ&A

  • オームの法則の導出で

    オームの法則の導出で 電子はeEの力を受け加速し、陽イオンとぶつかり これが繰り返し行われるんですよね? そもそもの話 電子が受ける電場Eって 人工的にかけているのか、電荷による電場なのか、 もし電荷による電場なら基準は何なのか 教えてください お願いします🤲

  • オームの法則の問題のついて

    長さL[m]、断面積S[m2]の一様な金属棒の両端に電圧V[V]をかけたときの金属棒内の自由電子の運動を考える。ここで、電子の電荷を-e[C]、金属棒内の単位体積あたりの自由電子の数をn[個/m3]とする。 (1) 自由電子は電圧Vによって生じた電場によりクーロン力を受けて加速されるか、他方で金属棒を構成している正の金属イオンとの衝突により抵抗力を受けるため、平均として一定の速さv[m/s]で運動することになる。この抵抗力が平均の早さvのN乗に比例し、その比例定数をbとするとき、電圧VをN、L、b、e、vを用いてあらわしなさい。 (2)オームの法則が成立するとき、Nを求めなさい。 (3)金属棒の低効率をb、n、eを用いて表しなさい。 という問題で、(1)の答えは、V=bLvN乗/eでよいのでしょうか?? (2)の問題では、R=bv(N-1)乗/e2乗nSとなり、vを消去するためにN=1として良かったのでしょうか?? (3)の問題はρ=b/e2乗nLではないのでしょうか?? 教えてください。お願いします。

  • 超伝導体中のオームの法則

    超伝導体中のオームの法則 次の問題が分かりません。。。 非磁性金属中に、質量m、電気量qの点電荷が数密度Nで分布している。 電荷の速度をv→、真空の透磁率をμ0とする。 オームの法則はi_e→=Ne^2τE→/mであり、 ここでτは緩和時間である。 電荷が散乱をまったく受けない超伝導体中の場合、 外部電場E→と電流密度j→について ∂j→/∂t=Nq^2E→/mの関係が成り立つことを示せ。

  • オームの法則を教える回路

    オームの法則を教える場合、電源、抵抗負荷と電流計だけのおなじみの回路図があります。 でもこれだけでは電流計の振れだけなのでLEDを接続して輝度の違いや色の変化で印象が残ると思うのです。 厳密にはLEDも負荷であるためその損失分まで考慮した説明が必要ですが教育用では電流計の存在は考えていません。 制限抵抗とLEDでV=IRを教える場合、どのように説明すべきでしょうか。

  • ブリッジ回路とオームの法則

    今ホイーストブリッジの回路でひずみなどの信号を読み取る勉強をしているのですが、わからないことがあります。 http://atlas-techno.com/geji.html このサイトの一番下の図の右に 「4ツの抵抗値を等しくし、R1をひずみゲージに交換する。 ブリッジ回路の出力電圧 e はキルヒホッフの法則とオームの法則より .......」以下の式の意味が分かりません。 普通に合成抵抗とEをかけたらeが求まるとおもうのですが。 R1*R2/R4+R3*Eと言った感じで。 この式はなんなのですか?? 詳しい方分かりやすく教えて下さい!

  • Paulingの第2法則(静電原子価則)について

    Paulingの第2法則(静電原子価則)を無機化学の授業で習いました。これは「安定な構造では、1つの陰イオンに配位している陽イオンの結合強度(=原子価/配位数)の総和は、陰イオンの原子価に等しい」というものらしいです。 一つ疑問に思ったことがあるのですが、Paulingの第2法則が成り立つには「安定な構造」である必要があるということですよね。授業ではいろいろな構造(スピネル型や逆スピネル型、ペロブスカイト型など)をならいましたが、これらにもPaulingの第2法則は成り立っていると考えてよいのでしょうか? 計算で確かめようと思ったのですが、一つの陰イオンに陽イオンが何個配位しているのかが分からないのでできませんでした。ちなみに授業で出てきたスピネル型はZnAl2O4、逆スピネル型はNiFe2O4、ペロブスカイト型はBaTiO3です。陰イオン(O)に配位する陽イオンの数が分かれば確かめることができるのですが・・・。

  • 物理 電子の質問です

    抵抗線の中の自由電子は、イオンと衝突するたびにそれまでに電場から得た運動エネルギーを失うものとする。抵抗線の中の電場をE、自由電子とイオンが衝突する感覚をt、電子の電荷と質量を-e、mとする。 自由電子がイオンとの一回の衝突で失うエネルギーは? この抵抗線の断面積をS長さをL、自由電子の単位体積あたりの数をnとするとm、この抵抗線の中の全自由電子が毎秒イオンに与えるエネルギーPはいくらか このとき、抵抗線の両端の電位差がV、流れている電流がIならば、P=IVとなることを証明しなさい

  • 電子と陽電子を衝突させることについて

    物質と反物質を衝突させると、どっちも消滅して、とてつもないエネルギーがうまれるとききました。 いま次世代加速器のILCの設計図がつくられたという話をききました。 そこでは電子と陽電子(反物質どおし)を衝突させるらしいですが、 とてつもないエネルギーがうまれるのではないのでしょうか?

  • 対消滅、対生成について

    高校物理の教科書がどうしても理解できず、質問させていただきます。 「質量mの粒子と反粒子は衝突すると合体して消滅する。これを対消滅といい、このとき質量とエネルギーの等価性から2mc^2に等しい光子などのエネルギーに転化し、さらに新たな粒子・反粒子つい生成する。これを対生成という。図は電子と陽電子が衝突して光子に転化した後にクォーク、反クォークを対生成することを示している。」 その図は画像で添付しました。E=mc^2、光子のエネルギー、運動量の式は学習しましたので質量とエネルギーの等価性については疑問点がありません。この文章の内容について質問させていただきます。まずここでいう消滅とは、電子と陽電子の質量がいったん0になることを意味していますか?それから、この文章から見ますと、対消滅と対生成は必ずセットで起こるような印象を受けますが、そういう理解でよろしいですか?対消滅してそのまま電磁波のままの場合や、電磁波が突然対生成するような場合というのはないのでしょうか?  ところで教科書では消滅とはっきり言っていますが、相対論的効果で起きるような非日常的な現象がありますので、消滅という現象もはっきりと定義する必要があると思います。初めに電子と陽電子の運動エネルギーがあって、衝突した後に2mc^2のエネルギーの電磁波を出すと教科書に書いてありますが、それは質量がエネルギーに変わっただけで、もともと持っていた運動エネルギーは入っていません。完全に質量が0になり消滅するのであれば、光子に転化されるエネルギーは、2mc^2+(もともとの運動エネルギー)+(静電気力がする仕事)でなければと思うのですが・・・ それから、問題集で、対消滅を取り上げたものがあります。陽電子は電子が対消滅した後、0.51MeVのエネルギーを持った2つのγ線が放射され、たまに3つに分かれることもある。みたいな問題文があり、その後、陽電子、電子の運動エネルギーを無視し・・・と書いてあります。問いはそれぞれのγ線のエネルギーについて聞いています。 この「陽電子、電子の運動エネルギーを無視し・・・」という部分に引っかかっています。 運動エネルギーとは対消滅をする前?の運動エネルギーをさしていると思いますが、無視しというのは0と見なすということでしょうか?そうすると衝突する前の2つのエネルギーとは、静電気力による位置エネルギーということでしょうか?問題文では1つ分のγ線のエネルギーを提示しているので、衝突する前のエネルギーがどのようなものかわからなくても問題は解けるのですが、「陽電子、電子の運動エネルギーを無視し・・・」となぜあえて言っているのかが全く分かりません。あえて言っているということは、対消滅とは実際に電子や陽電子は消えるわけではない現象であり、「衝突後に運動エネルギーが0になった場合を想定しなさい」という風にも聞こえます。しかし教科書を読んでも衝突して消えるのか消えないのかということがはっきりしないので、大混乱に陥っております。質問の意味がややこしくてすみませんが、どうかお助けいただけませんでしょうか。

  • イオン結合と共有結合

    イオン結合の定義は陰イオンと陽イオンとの静電気力によって引き合って出来る結合で、 共有結合は電子対を共有して出来る結合とかいてます。 でも共有結合の例のようなところでHClが用いられている。 塩化水素はH+とCl-とイオン結合ではないんですか? それを考えると、塩化水素は共有結合とイオン結合の両方に適用するんではないんですか?? この辺の詳しいところをぜひ教えてください。