Какова скорость дрейфа электронов внутри медного провода диаметром 5 мм, к которому подается ток 100 А от стартера

Чтобы решить эту задачу, мы будем использовать закон Ома, формула для расчета скорости дрейфа электронов и формулу для расчета плотности заряда.

Первым делом, нам необходимо найти сопротивление провода. Для этого воспользуемся законом Ома:

$$R=\frac{U}{I}$$

где $R$ - сопротивление провода, $U$ - напряжение, $I$ - сила тока. В нашем случае, сила тока составляет 100 А.

Однако, чтобы вычислить сопротивление, нам нужно знать напряжение на проводе. В условии задачи дано, что провод подключен к стартеру грузовика. Хотя нам не дано значение напряжения, мы можем использовать приближенное значение напряжения аккумулятора автомобиля, которое обычно составляет 12 В. Однако это приближенное значение, и в реальной жизни напряжение может отличаться.

$$R=\frac{12\text{В}}{100\text{А}}=0,12\text{Ом}$$

Теперь мы можем использовать формулу для расчета скорости дрейфа электронов:

$$v_d=\frac{I}{n\cdot q\cdot A}$$

где $v_d$ - скорость дрейфа электронов, $I$ - сила тока, $n$ - концентрация электронов, $q$ - заряд электрона, $A$ - площадь поперечного сечения провода.

Значение концентрации электронов можно найти, пользуясь формулой:

$$n=\frac{N}{V}$$

где $N$ - количество электронов, $V$ - объем провода.

Площадь поперечного сечения провода можно найти, используя формулу для площади круга:

$$A=\pi \cdot r^2$$

где $r$ - радиус провода. В данном случае, диаметр провода составляет 5 мм, что означает, что радиус равен половине диаметра:

$$r=\frac{5\text{мм}}{2}=2,5\text{мм}=0,0025\text{м}$$

Теперь давайте найдем концентрацию электронов. Мы знаем, что молярная масса меди составляет 63,5 · 10^(-3) кг/моль. Чтобы найти концентрацию электронов, нам нужно знать атомный вес меди. Атомный вес меди равен атомной массе, деленной на заряд ядра:

$$n=\frac{\text{Молярная масса меди}}{\text{Атомный вес меди}\cdot q}$$

Значение заряда электрона $q$ равно 1,6 · 10^(-19) Кл.

$$n=\frac{63,5\cdot {10}^{(}-3)}{63,5\cdot 1,6\cdot {10}^{(}-19)}$$

$$n\approx 6,25\cdot {10}^{2}8{\text{электронов/м}}^3$$

Теперь, подставив все значения в формулу для скорости дрейфа электронов, мы найдем:

$$v_d=\frac{100}{6,25\cdot {10}^{2}8\cdot 1,6\cdot {10}^{(}-19)\cdot \pi \cdot 0,{0025}^2}$$

После вычислений получаем:

$$v_d\approx 4,9\cdot {10}^{(}-4)\text{мм/c}$$

Таким образом, скорость дрейфа электронов внутри медного провода диаметром 5 мм, по которому протекает ток 100 А, составляет приблизительно 4,9 · 10^(-4) мм/c.