解説

(1) 自由電子の移動方向：

電流の向きは正の電荷が移動する向きと定義されています。自由電子は負の電荷をもつため、電子の移動方向は電流の向きと逆になります。

電流が右向き → 自由電子は左向きに移動

(2) 1.0秒間に断面を通過する電気量 \(Q\)：

$$Q = It = 1.6 \times 1.0 = 1.6 \text{ C}$$

(3) 1.0秒間に通過する自由電子の数 \(n\)：

$$n = \frac{Q}{e} = \frac{1.6}{1.6 \times 10^{-19}} = 1.0 \times 10^{19} \text{ 個}$$

具体的な計算：電圧 $V = 6.0$ V、抵抗 $R = 3.0$ $\Omega$ のとき：

$$R = \rho \frac{L}{S}$$ $$V = IR$$ $$I = \frac{V}{R} = \frac{6.0}{3.0} = 2.0 \text{ A}$$

補足：抵抗率と温度の関係

金属の抵抗率は温度が上がると大きくなります。温度係数を $\alpha$ として：

$$\rho(T) = \rho_0 (1 + \alpha \Delta T)$$

数値計算：電圧 \(V = 6.0\) V、抵抗 \(R = 3.0\) Ω のとき：

$$I = \frac{V}{R} = \frac{6.0}{3.0} = 2.0 \text{ A}$$ $$P = VI = 6.0 \times 2.0 = 12 \text{ W}$$