Каждый материал состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из отрицательно заряженных электронов. Эти отрицательно заряженные электроны движутся в произвольном направлении внутри атома. Это движение электронов порождает электричество . Но из-за их беспорядочного движения средняя скорость электронов в материале становится равной нулю. Было замечено, что когда разность потенциалов прикладывается к концам материала, электроны, присутствующие в материале, приобретают определенную скорость, которая вызывает небольшой чистый поток в одном направлении. Эта скорость, которая заставляет электроны двигаться в определенном направлении, известна как скорость дрейфа.
Что такое скорость дрейфа?
Средняя скорость, достигаемая беспорядочно движущимися электронами при приложении внешнего электрического поля, которое заставляет электроны двигаться в одном направлении, называется скоростью дрейфа.
Каждый материал проводника содержит свободные, беспорядочно движущиеся электроны при температуре выше абсолютного нуля. Когда к материалу прикладывается внешнее электрическое поле, электроны приобретают скорость и стремятся двигаться в положительном направлении, а результирующая скорость электронов будет в одном направлении. Электрон будет двигаться в направлении приложенного электрического поля. Здесь электрон не отказывается от случайности движения, а смещается в сторону более высокого потенциала своим беспорядочным движением.
Ток, создаваемый этим движением электронов к более высокому потенциалу, называется током дрейфа. Таким образом, можно сказать, что каждый ток, возникающий в материале проводника, является током дрейфа.
Скорость дрейфа Вывод
Чтобы получить выражение для дрейфовой скорости необходимо знать его связь с подвижностью электронов и эффектом приложенного внешнего электрического поля. Подвижность электрона определяется как его скорость дрейфа для единичного электрического поля. Электрическое поле пропорционально току. Таким образом Закон Ома можно записать как
F = -мкЭ .—— (1)
где μ - подвижность электрона, измеряемая как mдва/ В. сек
E - электрическое поле, измеренное как В / м
мы знаем, что F = ma, подставляем в (1)
а = Ф / м = -мкЭ / м ———- (2)
конечная скорость u = v + при
Здесь v = 0, t = T - время релаксации электронного
Следовательно, u = aT, подставим в (2)
∴ u = - (мкЭ / м) Т
Здесь u - скорость дрейфа, измеренная в м / с.
Это дает окончательное выражение. В ДА единица скорости дрейфа м / с или мдва/(V.s) & V/m
Формула скорости дрейфа
Эта формула используется для нахождения скорость дрейфа электронов в токоведущем проводе. Когда электроны с плотностью n и зарядом Q заставляют ток «I» течь через проводник с площадью поперечного сечения A, скорость дрейфа v можно рассчитать по формуле I = nAvQ.
Увеличение напряженности приложенного внешнего электрического поля заставляет электроны ускоряться быстрее в положительном направлении, противоположном направлению приложенного электрического поля.
Связь между скоростью дрейфа и электрическим током
Каждый проводник содержит в себе беспорядочно движущиеся свободные электроны. Движение электронов в одном направлении, вызванное скоростью Дрейфа, порождает ток. Скорость дрейфа электрона обычно очень мала и составляет 10-1РС. Таким образом, с такой скоростью электрону потребуется обычно 17 минут, чтобы пройти через проводник длиной один метр.
дрейфовая скорость электронов
Это означает, что если мы включим электрическую лампочку, она должна включиться через 17 минут. Но мы можем молниеносно включить электрическую лампочку в нашем доме, щелкнув выключателем. Это потому, что скорость электрического тока не зависит от скорости дрейфа электрона.
Электрический ток движется со скоростью света. Это не установлено с дрейфовой скоростью электронов в материале. Таким образом, он может различаться по материалу, но скорость электрического тока всегда зависит от скорости света.
Связь между плотностью тока и скоростью дрейфа
Плотность тока определяется как общее количество тока, проходящего в единицу времени через единицу площади поперечного сечения проводника. По формуле скорости дрейфа ток определяется как
I = nAvQ
Таким образом, плотность тока J, когда заданы площадь поперечного сечения и скорость дрейфа, может быть рассчитана как
J = I / A = nvQ
где v - дрейфовая скорость электронов. Плотность тока измеряется в амперах на квадратный метр. Таким образом, из формулы можно сказать, что скорость дрейфа электронов проводника и его плотность тока прямо пропорциональны друг другу. Поскольку скорость дрейфа увеличивается с увеличением напряженности электрического поля, ток, протекающий через площадь поперечного сечения, также увеличивается.
Rразница между скоростью дрейфа и временем релаксации
В проводнике электроны движутся беспорядочно, как молекулы газа. Во время этого движения они сталкиваются друг с другом. Время релаксации электрона - это время, необходимое электрону для возврата к своему исходному равновесному значению после столкновения. Это время релаксации прямо пропорционально приложенной напряженности внешнего электрического поля. Чем больше время электрического поля, тем больше времени требуется электронам, чтобы прийти в исходное равновесие после того, как поле снято.
Время релаксации также определяется как время, в течение которого электрон может свободно перемещаться между последовательными столкновениями с другими ионами.
Когда сила, создаваемая приложенным электрическим полем, равна eE, тогда V можно представить как
V = (eE / m) T
где T - время релаксации электронов.
Выражение скорости дрейфа
Когда мобильность μ носителей заряда и напряженность приложенного электрического поля E, тогда закон Ома в терминах скорости дрейфа можно выразить как
V = μE
Единицы S.I для подвижности электрона - mдва/V-s.
S.I единицы электрического поля E - В / м.
Таким образом, единица S.I для v равна м / с. Эта единица S.I также известна как скорость осевого дрейфа.
Таким образом, электроны, присутствующие в проводнике, перемещаются беспорядочно, даже когда не применяется внешнее электрическое поле. Но производимая ими чистая скорость отменяется из-за случайных столкновений, поэтому чистый ток будет равен нулю. Таким образом, соотношение между электрическим током, плотностью тока и скоростью дрейфа помогает в правильном протекании электрического тока через Водитель . Что такое дрейфовый ток?
