先に学ぶ内容電位とコンデンサー

電流と電気抵抗

電池に電球をつなぐと、すぐに明るくなる。電子1⁠個の運動方程式から、多数の電子の平均の動きを求める。

断面積⁠1 mm²⁠の銅線に1 A⁠。電子の平均位置が1 m⁠進む時間は?

式から現象を説明する

  1. 1電場から受ける力で、電子の運動方程式を立てるm dvdt=⁠−e E……
  2. 2衝突で向きが変わることを考え、平均速度を求めるv平均=⁠−e E τm……
  3. 3断面を通る電子の差し引きの数から、電流を求めるI=⁠e n S v……
  4. 4v⁠について解き、平均位置が1 m⁠進む時間を求めるv=⁠Ie n S⁠,t = Lv……
  5. 5交流の平均速度を積分し、平均位置の変化を求めるx(t)=⁠xm (1 − cos ωt)……
  6. ここからは、電子の動きと電気抵抗・回路の法則をつなぐ
  7. 6電圧と電流の関係を出すV=⁠(mn e² τ)(LS)I……
  8. 7抵抗率を定義し、衝突と衝突の間の平均時間を逆算するR=⁠ρ LS⁠,ρ = mn e² τ……
  9. 8温度による抵抗率の変化を、実験式で表すρ≒⁠ρ₀ (1 + α t)……
  10. 9電場がする仕事率から、ジュール熱の発生率を求めるP=⁠V I=⁠R I²……
  11. 10電荷の保存と電位の関係から、回路の法則を2⁠つ立てるΣ I = 0⁠,Σ V = 0……
  12. 11電池の内部抵抗を考え、端子電圧を求めるV=⁠E−⁠r I……