💡 ヒント:自由電子のドリフト速度

📋 問題の状況を整理しよう

直感的理解

導線の中には自由電子がぎっしり詰まっていて、電圧をかけると全体がじわじわと一方向に流れ出します。電球がスイッチ ON で瞬時に点灯するのは「電場が光速に近い速さで伝わる」からで、電子 1 個 1 個の移動(ドリフト)は実はものすごく遅い(数 mm/s 以下)のです。

与えられているのは、電流 \(I\)、導線の断面積 \(S\)、単位体積あたりの自由電子数 \(n\)、電気素量 \(e\) の 4 つ。これらを組み合わせて「電子 1 個の平均的な移動速度 \(v\)」を求めます。

✏️ 求めるもの

自由電子のドリフト速度 \(v\)〔m/s〕。答えは非常に小さな値(\(10^{-4}\) m/s くらい)になるはず。

🔬 シミュレーションで体感

👀 観察のポイント

💡 考え方のヒント

🔧 使う道具
  1. 式変形:\(I = enSv\) を \(v\) について解く → \(v = \dfrac{I}{enS}\)
  2. 単位確認:\(S\) は m² で与えられているか? mm² なら \(10^{-6}\) 倍
  3. 係数と指数を分ける:分母を計算するとき、(8.5×1.6×1.0) と (10²⁸·10⁻¹⁹·10⁻⁶) を別々に処理
  4. 指数の足し算:\(28 + (-19) + (-6) = 3\) を確実に
  5. 有効数字:最後は 2〜3 桁で丸める
注意

指数の符号ミスがよくある。\(10^{-19}\) や \(10^{-6}\) のマイナスを見落とさないこと。また、電気信号の伝搬速度(光速)と電子のドリフト速度(mm/s 単位)を混同しないように。スイッチ ON で電球が瞬時につくのは、信号(電場)の話。