Fiecare material este format din atomi care sunt la rândul lor compuși din electroni încărcați negativ. Acești electroni încărcați negativ se mișcă în direcții aleatorii în interiorul atomului. Această mișcare a electronilor generează electricitate . Dar datorită mișcării lor aleatorii, viteza medie a electronilor dintr-un material devine zero. S-a observat că atunci când se aplică o diferență de potențial la capetele unui material, electronii prezenți în material capătă o anumită cantitate de viteză care determină un flux net mic într-o direcție. Această viteză care determină mișcarea electronilor într-o anumită direcție este cunoscută sub numele de Drift Velocity.
Ce este Drift Velocity?
Viteza medie atinsă de electroni în mișcare aleatorie atunci când este aplicat câmpul electric extern, care determină deplasarea electronilor către o direcție, se numește Viteza de derivare.
Fiecare material conductor conține electroni liberi, în mișcare aleatorie, la o temperatură peste zero absolut. Când câmpul electric extern este aplicat în jurul materialului, electronii ating viteza și tind să se deplaseze spre direcția pozitivă, iar viteza netă a electronilor va fi într-o singură direcție. Electronul se va deplasa în direcția câmpului electric aplicat. Aici electronul nu renunță la întâmplarea de mișcare, ci se deplasează spre un potențial mai mare cu mișcarea lor aleatorie.
Curentul produs de această mișcare a electronilor către potențialul mai mare se numește curent de derivă. Astfel, se poate spune că fiecare curent produs într-un material conductor este un curent de derivare.
Drift Velocity Derivare
Pentru a obține expresie pentru viteza de deriva , trebuie să se cunoască relația sa cu mobilitatea electronilor și efectul câmpului electric extern aplicat. Mobilitatea unui electron este definită ca fiind viteza de derivare pentru un câmp electric unitar. Câmpul electric este proporțional cu curentul. Astfel Legea lui Ohm poate fi scris ca
F = -μE .—— (1)
unde μ este mobilitatea electronului măsurată ca mDouă/ V.sec
E este câmpul electric măsurat ca V / m
știm că F = ma, înlocuiește în (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
viteza finală u = v + at
Aici v = 0, t = T, care este timpul de relaxare al electronului
Prin urmare u = aT, înlocuiți în (2)
∴ u = - (μE / m) T
Aici, u este viteza de derivare, măsurată ca m / s.
Aceasta dă expresia finală. DA unitate a vitezei de deriva este m / s sau mDouă/(V.s) & V / m
Formula Drift Velocity
Această formulă este utilizată pentru a găsi viteza de deriva a electronilor într-un conductor care transportă curent. Când electronii cu densitate n și sarcină Q determină curgerea unui curent ‘I’ printr-un conductor de secțiune transversală A, viteza de derivare v poate fi calculată prin formula I = nAvQ.
O creștere a intensității câmpului electric extern aplicat face ca electronii să accelereze mai rapid către o direcție pozitivă, opusă direcției câmpului electric aplicat.
Relația dintre viteza de deriva și curentul electric
Fiecare conductor conține în el electroni liberi în mișcare. Mișcarea electronilor într-o direcție cauzată de viteza de derivare generează un curent. Viteza de deriva a unui electron este foarte mică de obicei în termeni de 10-1Domnișoară. Astfel, cu această cantitate de viteză, va dura un electron de obicei 17 minute pentru a trece printr-un conductor cu o lungime de un metru.
viteza de deriva a electronilor
Asta înseamnă că, dacă aprindem un bec electric, acesta ar trebui să se aprindă după 17 minute. Dar putem aprinde becul electric din casa noastră la o viteză fulgerătoare printr-o simplă apăsare a unui întrerupător. Acest lucru se datorează faptului că viteza curentului electric nu depinde de viteza de deriva a electronului.
Curentul electric se mișcă cu o viteză a luminii. Nu se stabilește cu viteza de deriva a electronilor din material. Astfel, poate varia în ceea ce privește materialul, dar viteza curentului electric este întotdeauna stabilită pe viteza luminii.
Relația dintre densitatea curentă și viteza de derivare
Densitatea curentului este definită ca cantitatea totală de curent care trece pe unitatea de timp prin unitatea de secțiune transversală a conductorului. Din formula vitezei de deriva, curentul este dat ca
I = nAvQ
deci, densitatea de curent J atunci când sunt date aria secțiunii transversale și viteza de deriva pot fi calculate ca
J = I / A = nvQ
unde v este viteza de deriva a electronilor. Densitatea curentului este măsurată ca amperi pe metru pătrat. Astfel, din formulă, se poate spune că viteza de deriva a electronilor unui conductor și densitatea sa de curent sunt direct proporționale între ele. Pe măsură ce viteza de deriva crește odată cu creșterea intensității câmpului electric, crește și curentul care trece pe o secțiune transversală.
Rexaltare între viteza de deriva și timpul de relaxare
Într-un conductor, electronii se mișcă la întâmplare ca molecule de gaz. În timpul acestei mișcări, ei se ciocnesc unul cu celălalt. Timpul de relaxare al electronului este timpul necesar electronului pentru a reveni la valoarea sa inițială de echilibru după coliziune. Acest timp de relaxare este direct proporțional cu intensitatea câmpului electric extern aplicat. Cu cât este mai mare timpul câmpului electric, cu atât este mai mult timpul necesar electronii pentru a ajunge la echilibrul inițial după îndepărtarea câmpului.
Timpul de relaxare este definit și ca timpul pentru care electronul se poate deplasa liber între coliziuni succesive cu alți ioni.
Când forța datorată câmpului electric aplicat este eE, atunci V poate fi dat ca
V = (eE / m) T
unde T este timpul de relaxare al electronilor.
Drift Velocity Expression
Cand mobilitate μ ale purtătorilor de sarcină și puterea câmpului electric aplicat E sunt date, atunci legea lui Ohm în ceea ce privește viteza de deriva poate fi exprimată ca
V = μE
Unitățile S.I pentru mobilitatea electronilor sunt mDouă/ V-s.
Unitățile S.I ale câmpului electric E sunt V / m.
Astfel unitatea S.I pentru v este m / s. Această unitate S.I este, de asemenea, cunoscută sub numele de viteza de derivare axială.
Astfel, electronii prezenți în conductor se mișcă aleatoriu chiar și atunci când nu se aplică câmp electric extern. Dar viteza netă produsă de aceștia este anulată din cauza coliziunilor aleatorii, astfel încât curentul net va fi zero. Astfel, relația dintre curentul electric, densitatea curentului și viteza de deriva ajută la fluxul adecvat al curentului electric prin conducător auto . Ce este un curent Drift?
