Решение

Республиканская олимпиада 2013 9 класс № 2
  1. Для определения среднего расстояния между центрами соседних ионов меди в решетке найдем их количество в куске меди единичного объема

    Тогда можно считать, что на один ион в среднем будет приходиться кубик объемом

    Длина ребра такого кубика даст искомое расстояние между центрами соседних ионов меди в решетке
    мм
    Для сравнения заметим, что размер (диаметр) атома водорода по порядку величины равен одному ангстрему .

  2. Так каждый атом отдает один электрон, то концентрация электронов равна концентрации атомов, поэтому
    ммсм

  3. При протекании электрического тока через поперечное сечение проводника площадью за промежуток времени при средней скорости направленного движения свободных электронов пройдет заряд

    Согласно определению силы тока имеем
    мсмс
    Как видим, скорость направленного движения свободных электронов при протекании тока весьма мала, что вполне понятно с учетом большого значения их концентрации.

  4. Рисунок иллюстрирует общую схему расчета сил:

  • не знаем, как рассчитать силу сопротивления, но знаем характеристику электрической силы (напряжение);
  • так как средняя скорость электронов равна нулю, то средняя силы сопротивления равна по модулю силе электрической (2 закон Ньютона);
  • по 3 закону Ньютона, сила, с которой решетка действует электроны, по модулю равна силе, с которой электроны действуют на решетку.

Для оценки средней силы , действующей на электрон со стороны электрического поля, воспользуемся определением напряжения и запишем выражение для работы электрических сил на участке проводника длиной

Такую же работу (но с противоположным знаком) совершает силы сопротивления

Сравнивая полученные выражения, найдем

Н

  1. По третьему закону Ньютона сила, с которой решетка действует на электрон, по модулю равна силе, с которой электрон действует на решетку. Поэтому суммарная сила, действующая на кусок провода длиной со стороны электронов равна произведению силы, действующей на один электрон, на число электронов в данном куске провода:

Н

Под действием такой силы участок провода приобрел бы ускорение

мс

Но эта сила никак не проявляется, потому, что стороны электрического поля такая же по модулю сила, но направленная в противоположную сторону, действует со стороны электрического поля на ионы кристаллической решетки.