Решение задачи по физике: расчет заряда электронов в медной проволоке

Язык задания: Russian.

Задание 1

1. Определение количества вещества меди:

Сначала найдем количество вещества меди в проволоке. Молярная масса меди \(M_{Cu} = 63.5 \ г/моль\). Масса проволоки \(m = 250 \ г\).

\(n = \frac{m}{M_{Cu}} = \frac{250 \ г}{63.5 \ г/моль} \approx 3.937 \ моль\)

2. Определение количества электронов:

Каждый атом меди содержит один свободный электрон. Поэтому количество электронов равно количеству атомов меди.

\(N = n \cdot N_A = 3.937 \ моль \cdot 6.022 \cdot 10^{23} \ моль^{-1} \approx 2.37 \cdot 10^{24}\)

3. Расчет заряда всех свободных электронов:

Заряд одного электрона \(e = 1.6 \cdot 10^{-19} \ Кл\). Общий заряд всех электронов:

\(q = N \cdot e = 2.37 \cdot 10^{24} \cdot (-1.6 \cdot 10^{-19} \ Кл) \approx -3.79 \cdot 10^5 \ Кл\)

4. Сравнение с зарядом Земли:

Заряд Земли \(Q \approx -0.5 \cdot 10^6 \ Кл\). Отношение зарядов:

\(\frac{|q|}{|Q|} = \frac{3.79 \cdot 10^5 \ Кл}{0.5 \cdot 10^6 \ Кл} \approx 0.758\)

5. Расчет времени прохождения заряда через лампочку:

Сила тока \(I = 0.18 \ А\). Время \(T\), за которое заряд \(q\) пройдет через лампочку:

\(T = \frac{|q|}{I} = \frac{3.79 \cdot 10^5 \ Кл}{0.18 \ А} \approx 2.1 \cdot 10^6 \ с\)

Переведем в дни:
\(T = \frac{2.1 \cdot 10^6 \ с}{60 \cdot 60 \cdot 24} \approx 24.3 \ дня\)

Ответ:
* Заряд всех свободных электронов: \(q \approx -3.79 \cdot 10^5 \ Кл\)
* Отношение \(\frac{|q|}{|Q|} \approx 0.758\)
* Время прохождения заряда через лампочку: \(T \approx 2.1 \cdot 10^6 \ с \approx 24.3 \ дня\)