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有一条横截面S的铜导线,若通过的电流为I,则铜导线中自由电子定向移动的速率为多少?已知,铜的密度为ρ,铜的摩尔质量为M,阿伏加德罗常数NA,电子电量为e,且在这个问题中可认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子.
设铜导线中自由电子定向移动的速率为v,导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t.则导线的长度为l=vt,体积为V=Sl=Svt,质量为m=ρvtS,这段导线中自由电子的数目为n=
m
M
NA
=
ρvtS
M
NA

在t时间内这些电子都能通过下一截面,则
  电流I=
q
t
=
ne
t
,代入解得,I=
ρvNAe
M

所以v=
IM
ρSNAe

答:铜导线中自由电子定向移动的速率为
IM
ρSNAe
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