電流の正体と電流の向き

東西方向にまっすぐ張った金属の導線の両端に電圧を加えたところ、導線の内部に東向きの一様な電場ができた。このとき、導線の中の自由電子が移動する向きと、導線を流れる電流の向きの組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　自由電子は東向きに移動し、電流は東向きに流れる。
• イ　自由電子は西向きに移動し、電流は東向きに流れる。
• ウ　自由電子は東向きに移動し、電流は西向きに流れる。
• エ　自由電子は西向きに移動し、電流は西向きに流れる。

電池の正極と負極を金属の導線でつなぎ、導線に一定の電流を流した。このとき、導線の中で起こっていることについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　導線中の電流は、金属の陽イオンが導線に沿って移動することによって生じている。
• イ　導線中の電流は自由電子の移動によって生じており、電流の向きは自由電子が移動する向きと同じである。
• ウ　導線中の電流は自由電子の移動によって生じており、自由電子は導線中を電池の負極側から正極側へ向かって移動する。
• エ　導線中の自由電子は、導線内にできている電場と同じ向きに静電気力を受けて移動する。
• オ　導線中の自由電子は電流が流れるにつれて消費されるので、導線中の自由電子の数は時間とともに減少していく。

同じ銅でできていて、途中で断面積が変わる 1 本の導線がある。導線の一部は断面積が大きい「太い部分」、残りは断面積が小さい「細い部分」であり、この導線の両端を電池につないで、一定の電流を流し続けた。導線の温度は一定で、銅の単位体積あたりの自由電子の数は太い部分と細い部分で同じであるとする。

このとき、導線の中の自由電子と電流について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　細い部分では、太い部分に比べて、導線の断面を単位時間に通過する自由電子の数が多い。
• イ　自由電子は、導線の中を電流の向きと同じ向きに移動している。
• ウ　自由電子は、導線中の陽イオンにほとんど衝突せず、電場から力を受けて一様に加速され続けている。
• エ　自由電子が電流の向きと逆向きに移動する平均の速さは、細い部分の方が太い部分より大きい。
• オ　太い部分には自由電子が多く含まれるので、太い部分を流れる電流の方が、細い部分を流れる電流より大きい。

金属の導線を流れる電流と、その向きについて述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。ただし、電気素量を $e$（$e>0$）とする。

• ア　電流の向きは、正の電荷が移動する向きと決められている。
• イ　金属の導線では、自由電子が電流の向きと同じ向きに移動している。
• ウ　電流の大きさは、導線のある断面を単位時間あたりに通過する電気量の大きさで表される。
• エ　自由電子 1 個がもつ電気量は正であり、その大きさは電気素量 $e$ に等しい。
• オ　導線の断面積を $S$、導線中の自由電子の数密度（単位体積あたりの数）を $n$ とし、自由電子が全体として導線に沿って一方向に移動する平均の速さ（不規則な熱運動の速さではない）を $v$ とすると、電流の大きさは $envS$ と表される。
• カ　電池の両極を導線でつなぐと、導線の中の自由電子は、電池の正極につながった側から負極につながった側へ向かって移動する。