Giải bài 3 trang 102 Vật lý 11 Chân trời sáng tạo

Bài 3 trang 102 Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo:

Cho dòng điện 4,2 A chạy qua một đoạn dây dẫn bằng kim loại dài 80 cm có đường kính tiết diện 2,5 mm. Mật độ electron dẫn của kim loại này là 8,5.10²⁸ electron/m³. Hãy tính thời gian trung bình mỗi electron dẫn di chuyển hết chiều dài đoạn dây.

Phân tích và Tóm tắt đề bài

Để giải bài toán này, chúng ta cần quy đổi tất cả các đơn vị về hệ chuẩn SI:

• Cường độ dòng điện: $I = 4,2$ A.

• Chiều dài dây dẫn: $l = 80$ cm = $0,8$ m.

• Đường kính tiết diện: $d = 2,5$ mm = $2,5 \cdot 10^{-3}$ m.

• Mật độ electron dẫn: $n = 8,5 \cdot 10^{28}$ $m^{-3}$.

• Điện tích electron: $e = 1,6 \cdot 10^{-19}$ C.

Kiến thức áp dụng

1. Tiết diện ngang của dây dẫn ($S$): Vì dây dẫn có hình trụ nên tiết diện là hình tròn:

   $S = \pi \cdot R^2 = \pi \cdot \left( \frac{d}{2} \right)^2$

2. Công thức vận tốc trôi ($v$): Vận tốc trung bình của các hạt tải điện tạo nên dòng điện:

   $I = n \cdot S \cdot e \cdot v \Rightarrow v = \frac{I}{n \cdot S \cdot e}$

3. Thời gian di chuyển ($t$):

   $t = \frac{l}{v}$

Giải bài 3 trang 102 Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo:

Vận tốc trôi: 

$v=\frac{I}{nSe}=\frac{I}{n\pi\left ( \frac{d}{2} \right )^2e}$

$=\frac{4,2}{8,5.10^{28}\pi.\left ( \frac{2,5.10^{-3}}{2} \right )^2.1,6.10^{-19}}$ $=6,29.10^{-5}\: (m/s)$

Thời gian trung bình mỗi electron dẫn di chuyển hết chiều dài đoạn dây: