Какво представлява скоростта на дрейфа на електроните с производно

Какво представлява скоростта на дрейфа на електроните с производно

Всеки материал се състои от атоми, които от своя страна са съставени от отрицателно заредени електрони. Тези отрицателно заредени електрони се движат в произволни посоки в атома. Това движение на електрони генерира електричество . Но поради тяхното произволно движение средната скорост на електроните в даден материал става нула. Беше забелязано, че когато се прилага потенциална разлика към краищата на материала, електроните, присъстващи в материала, придобиват определено количество скорост, което причинява малък нетен поток в една посока. Тази скорост, която кара електроните да се движат в определена посока, е известна като Дрифт скорост.



Какво е скорост на дрейф?

Средната скорост, постигната от произволно движещи се електрони, когато се прилага външното електрическо поле, което кара електроните да се движат към една посока, се нарича Дрейф скорост.


Всеки проводников материал съдържа свободни, произволно движещи се електрони при температура над абсолютната нула. Когато външното електрическо поле се приложи около материала, електроните достигат скорост и са склонни да се движат към положителната посока, а нетната скорост на електроните ще бъде в една посока. Електронът ще се движи по посока на приложеното електрическо поле. Тук електронът не се отказва от своята случайност на движение, а се премества към по-висок потенциал с тяхното произволно движение.





Токът, произведен от това движение на електрони към по-високия потенциал, се нарича Drift Current. По този начин може да се каже, че всеки ток, произведен в проводниковия материал, е отклоняващ ток.

Дрифт скорост Деривация

Да се ​​извлече израз за дрейф-скорост трябва да се знае неговата връзка с подвижността на електроните и ефекта от приложеното външно електрическо поле. Подвижността на електрона се дефинира като дрейфова скорост за единично електрическо поле. Електрическото поле е пропорционално на тока. По този начин Законът на Ом може да се запише като



F = -μE .—— (1)


където μ е подвижността на електрона, измерена като mдве/ В.сек

E е електрическото поле, измерено като V / m

знаем, че F = ma, замества в (1)

a = F / m = -μE / m ———- (2)

крайна скорост u = v + at

Тук v = 0, t = T, което е времето за релаксация на електрона

Следователно u = aT, замести в (2)

∴ u = - (μE / m) T

Тук u е скоростта на дрейфа, измерена като m / s.

Това дава последния израз. The ДА единица скорост на дрейфа е m / s или мдве/(V.s) & V / m

Формула за скорост на дрейфа

Тази формула се използва за намиране на дрейфова скорост на електроните в тоководещ проводник. Когато електрони с плътност n и заряд Q предизвикват протичане на ток „I“ през проводник с площ на напречното сечение A, скоростта на дрейфа v може да се изчисли чрез формулата I = nAvQ.

Увеличаването на приложената интензивност на външното електрическо поле кара електроните да се ускоряват по-бързо към положителна посока, противоположна на посоката на приложеното електрическо поле.

Връзката между скоростта на дрейфа и електрическия ток

Всеки проводник съдържа в себе си произволно движещи се свободни електрони. Движението на електроните в една посока, причинено от скоростта на дрейфа, генерира ток. Скоростта на дрейфа на електрон е много малка, обикновено по отношение на 10-1г-ца. По този начин, с това количество скорост, ще отнеме на електрон, обикновено 17 минути, за да премине през проводник с дължина един метър.

Дрейф-скорост на електроните

дрейф-скорост-на електрони

Това означава, че ако включим електрическа крушка, тя трябва да се включи след 17 минути. Но можем да включим електрическата крушка в дома си със светкавична скорост с едно натискане на превключвател. Това е така, защото скоростта на електрическия ток не зависи от скоростта на дрейфа на електрона.

Електрическият ток се движи със светлинна скорост. Не се установява със скоростта на дрейфа на електроните в материала. По този начин тя може да варира в материал, но скоростта на електрическия ток винаги се определя от скоростта на светлината.

Връзката между текущата плътност и скоростта на дрейфа

Плътността на тока се определя като общото количество ток, преминаващ за единица време през единица площ на напречното сечение на проводника. От формулата на скоростта на отклонение токът се дава като

I = nAvQ

така че плътността на тока J, когато са дадени площта на напречното сечение и скоростта на дрейфа, може да бъде изчислена като

J = I / A = nvQ

където v е дрейфовата скорост на електроните. Плътността на тока се измерва като Ампера на квадратен метър. По този начин, от формулата може да се каже, че скоростта на дрейфа на електроните на проводник и неговата плътност на тока са право пропорционални един на друг. Тъй като скоростта на дрейфа се увеличава с увеличаването на интензивността на електрическото поле, токът, преминаващ през площ на напречното сечение, също се увеличава.

Rсъотношение между скоростта на дрейфа и времето за релаксация

В проводник електроните се движат произволно като газови молекули. По време на това движение те се сблъскват помежду си. Времето за релаксация на електрона е времето, необходимо на електрона да се върне към първоначалната си равновесна стойност след сблъсъка. Това време за релаксация е право пропорционално на приложената сила на външното електрическо поле. Колкото по-голямо е времето на електрическото поле, толкова повече време е необходимо на електроните да достигнат първоначално равновесие след премахване на полето.

Времето за релаксация също се определя като времето, за което електронът може да се движи свободно между последователни сблъсъци с други йони.

Когато силата, дължаща се на приложеното електрическо поле е eE, тогава V може да се даде като

V = (eE / m) T

където T е времето на релаксация на електроните.

Израз на скоростта на дрейфа

Когато мобилност μ на носителите на заряд и силата на приложеното електрическо поле E са дадени, тогава законът на Ом по отношение на скоростта на дрейфа може да бъде изразен като

V = μE

Единиците S.I за подвижност на електрона са mдве/ Срещу.

S.I единици електрическо поле E са V / m.

Така единицата S.I за v е m / s. Тази единица S.I е известна също като Axial Drift Velocity.

По този начин електроните, присъстващи в проводника, се движат произволно, дори когато не се прилага външно електрическо поле. Но произведената от тях нетна скорост се анулира поради случайни сблъсъци, така че нетният ток ще бъде нула. По този начин връзката между електрическия ток, плътността на тока и скоростта на дрейфа помага за правилното протичане на електрическия ток през шофьор . Какво е Drift ток?