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5分でわかる!電子の速度vと電流I

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この動画の要点まとめ

ポイント

電子の速度vと電流I

高校物理 電磁気25 ポイント1 全部

これでわかる!
ポイントの解説授業
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電流は 正電荷の移動方向に流れる と定義されます。しかし、実際に電気が流れるのは、 自由電子の移動 によって生じる現象でしたね。今回は、電流I[A]を電子の運動とつなげて考えていきます。そして、練習問題で最終的に 「抵抗の電位差Vは電流Iに比例する」というオームの法則を証明 します。

1[s]間に通過する電気量に注目

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まずは、ミクロの視点で電子の運動をとらえていきます。図のように、断面積S[m2]の導体の中を、1[m3]あたりn個の電子が左向きに速さv[m/s]で移動しているケースを考えましょう。電気素量をe[C]とすると、電子1個あたりの電気量は-e[C]です。

高校物理 電磁気25 ポイント1 図と図の下側1−2行目

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この導体に流れる電流がI[A]で表されるとすると、電流I[A]とn,e,v,Sなどはどうつながるでしょうか?

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注目すべきなのは、 導体を1[s]間に通過する電気量Q です。電流とは、1[s]間に通過する電気量を表しましたね。したがって、 1[s]間に通過する電気量Q=I[C] と表すことができます。

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一方、 導体を1[s]間に通過する電気量I[C] は電子運動によってどう表現できるでしょうか?

高校物理 電磁気25 ポイント1 図と図の下側1−2行目

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電子の速さv[m/s]から、1[s]間に電子が移動する距離はv×1[m]です。導体の断面積はS[m2]なので、1個の電子が1[s]間に移動する範囲の体積は、
Sv[m3]
となります。導線には1[m3]あたりn個の電子が含まれているので、体積Sv[m3]に含まれる電子の個数は、
nSv[個]
です。さらに電子1個あたりの電気量は-e[C]なので、 導体を1[s]間に通過する電気量I[C] は、
I=enSv [C]
と表されるのです。

高校物理 電磁気25 ポイント1 すべて

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電流Iを電子運動とつなげるときは、「1[s]間に電子が移動する範囲の体積→その体積に含まれる電子の個数→それらの電子が持つ電気量」という流れで求めることをおさえておきましょう。

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

電子の速度vと電流I
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