Vaje, Fizika 2

Vaje

    Električni upor

  1. Ocenimo povprečno hitrost elektronov v bakreni žici s presekom 1 mm2 po kateri teče tok 1 A! Kilomolska masa bakra je 64 kg, gostota okoli 8000 kg/m3.

    Kolikšen je v povprečju čas med trkoma elektrona v atom? Specifični upor bakra je 16.8E-9 Ohm.m.

    I = e/t = (N/V) v t S e0/t.
    (N/V) = NA/V0, kje rje V0 = M/rho = 8E-3 m-3 prostornina, ki jo zavzema en kmol bakra. Sledi (NA/V) = 7.5E28 m-3.
    Povprečna hitrost je v = I/((N/V) S e0) = 0.08 mm/s.

    Ocena: Naj bo dolžina te žice 1 m. Potem je U = R*I = 16,8 Ohm * 1 A = 16,8 V. Električno polje v zici 16,8 V/m. Zato imajo elektroni pospešek a = eE/m = 1,6E-19*16,8/9,1E-31 = 3E12 m/s2. Vzemimo, da se med trkoma elektron giblje enakomerno pospešeno. Potem je povprecna hitrost = polovici koncne = a*t. Sledi t = 2* povprecna hitrost/a = 5E-17 s.

  2. Kos bakra mase 20 g bi radi zvlekli v žico z uporom 1 W. Kolikšen mora biti premer žice? Gostota bakra je 8,9 g/cm3, specifični upor je z = 0,017 Wmm2/m.

    R = z l/S. Premer mora biti 0,5 mm.

  3. ZFP-87 Volframska nitka v žarnici ima pri temperaturi 20oC upor 50 W. Žarnico priključimo na napetost 220 V. Kolikšna je temperature žarnice, če žarnica prevaja tok 0,4 A? Temperaturni koeficient upora za volfram je a = 4,5. 10-3 K-1.

    D R = a R0 D T. Dobimo D T = 2222 K. Končna temperatura je 2242oC.