電気量は「電子が何個集まっているか」で決まります。電子1個の電荷(電気素量 \(e\))がわかれば、全体の電気量を \(e\) で割るだけで個数が求まります。ちょうど「合計金額 ÷ 1個の値段 = 個数」と同じ発想です。
Step 1:問題の整理
塩化ビニル管が帯電して \(-3.2 \times 10^{-8}\) C の電気量をもっています。負の電荷なので、電子が余分に付着している状態です。
求めるのは「この電気量が電子何個分に相当するか」です。
Step 2:公式の適用
電気量の大きさ \(|Q|\) と電子の個数 \(n\) の関係は:
$$ |Q| = ne $$したがって:
$$ n = \frac{|Q|}{e} $$Step 3:計算
$$ n = \frac{3.2 \times 10^{-8}}{1.6 \times 10^{-19}} $$係数部分と指数部分を分けて計算すると:
$$ n = \frac{3.2}{1.6} \times 10^{-8-(-19)} = 2.0 \times 10^{11} $$数値計算の確認:電気素量 \(e = 1.6 \times 10^{-19}\) C の電子が電位差 100 V で加速されると、運動エネルギーは \(eV = 1.6 \times 10^{-19} \times 100 = 1.6 \times 10^{-17}\) J = 100 eV です。
指数の割り算では「上の指数 − 下の指数」を計算します:
$$ \frac{10^{-8}}{10^{-19}} = 10^{-8 - (-19)} = 10^{-8 + 19} = 10^{11} $$マイナスの引き算は符号ミスが起きやすいので、「マイナスを引く → プラスを足す」と意識しましょう。
電気量と電子数の変換は \(n = |Q| / e\) が基本。電気量の符号は電荷の正負を表すだけなので、個数を求めるときは絶対値を使います。指数計算では「係数と指数を分けて処理する」のが鉄則です。