Κάθε υλικό αποτελείται από άτομα που με τη σειρά τους αποτελούνται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Αυτά τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια κινούνται σε τυχαίες κατευθύνσεις εντός του ατόμου. Αυτή η κίνηση των ηλεκτρονίων δημιουργεί ηλεκτρική ενέργεια . Αλλά λόγω της τυχαίας κίνησής τους, η μέση ταχύτητα των ηλεκτρονίων σε ένα υλικό γίνεται μηδέν. Παρατηρήθηκε ότι όταν εφαρμόζεται μια διαφορά δυναμικού στα άκρα ενός υλικού, τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο υλικό αποκτούν μια ορισμένη ποσότητα ταχύτητας που προκαλεί μια μικρή καθαρή ροή προς μία κατεύθυνση. Αυτή η ταχύτητα που αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να κινούνται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση είναι γνωστή ως Drift Velocity.

Τι είναι το Drift Velocity;

Η μέση ταχύτητα που επιτυγχάνεται με τυχαία κινούμενα ηλεκτρόνια όταν εφαρμόζεται το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να κινηθούν προς μία κατεύθυνση ονομάζεται Drift Velocity.

Κάθε υλικό αγωγού περιέχει ελεύθερα, τυχαία κινούμενα ηλεκτρόνια σε θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν. Όταν το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται γύρω από το υλικό, τα ηλεκτρόνια επιτυγχάνουν ταχύτητα και τείνουν να κινούνται προς τη θετική κατεύθυνση και η καθαρή ταχύτητα των ηλεκτρονίων θα είναι προς μία κατεύθυνση. Το ηλεκτρόνιο κινείται προς την κατεύθυνση του εφαρμοσμένου ηλεκτρικού πεδίου. Εδώ το ηλεκτρόνιο δεν εγκαταλείπει την τυχαιότητα κίνησης αλλά αλλάζει προς υψηλότερο δυναμικό με την τυχαία κίνηση τους.

Το ρεύμα που παράγεται από αυτήν την κίνηση ηλεκτρονίων προς το υψηλότερο δυναμικό ονομάζεται Drift Current. Έτσι, μπορεί κανείς να πει ότι κάθε ρεύμα που παράγεται σε ένα υλικό αγωγού είναι ένα ρεύμα κίνησης.

Drift Velocity Παραγωγή

Για να αντλήσετε το έκφραση για ταχύτητα μετατόπισης , πρέπει να είναι γνωστή η σχέση του με την κινητικότητα των ηλεκτρονίων και την επίδραση του εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Η κινητικότητα ενός ηλεκτρονίου ορίζεται ως το Drift Velocity για ένα ηλεκτρικό πεδίο μονάδας. Το ηλεκτρικό πεδίο είναι ανάλογο με το ρεύμα. Έτσι το Ο νόμος μπορεί να γραφτεί ως

F = -μE.——(1)

όπου μ είναι η κινητικότητα του ηλεκτρονίου που μετράται ως m^δύο/ V. δευτ

E είναι το ηλεκτρικό πεδίο που μετράται ως V / m

γνωρίζουμε ότι F = ma, αντικαταστήστε το (1)

a = F / m = -μE / m ———- (2)

τελική ταχύτητα u = v + at

Εδώ v = 0, t = T, που είναι ο χρόνος χαλάρωσης των ηλεκτρονίων

Επομένως u = aT, αντικαταστήστε το (2)

∴ u = - (μE / m) Τ

Εδώ, u είναι η ταχύτητα Drift, μετρούμενη ως m / s.

Αυτό δίνει την τελική έκφραση. ο ΝΑΙ μονάδα ταχύτητας μετατόπισης είναι m / s ή Μ^δύο/(V.s) & V / m

Τύπος Drift Velocity

Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται για την εύρεση του ταχύτητα μετατόπισης ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό μεταφοράς ρεύματος. Όταν τα ηλεκτρόνια με πυκνότητα n και φορτίο Q προκαλούν τη ροή ενός ρεύματος «I» μέσω ενός αγωγού της περιοχής διατομής Α, η ταχύτητα μετατόπισης v μπορεί να υπολογιστεί μέσω του τύπου I = nAvQ.

Η αύξηση της εφαρμοζόμενης εξωτερικής έντασης ηλεκτρικού πεδίου προκαλεί τα ηλεκτρόνια να επιταχύνουν ταχύτερα προς μια θετική κατεύθυνση, αντίθετα από την κατεύθυνση του εφαρμοσμένου ηλεκτρικού πεδίου.

Η σχέση μεταξύ της ταχύτητας κίνησης και του ηλεκτρικού ρεύματος

Κάθε αγωγός περιέχει τυχαία κινούμενα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε αυτό. Η κίνηση των ηλεκτρονίων προς μία κατεύθυνση που προκαλείται από την ταχύτητα Drift δημιουργεί ένα ρεύμα. Η ταχύτητα μετατόπισης ενός ηλεκτρονίου είναι πολύ μικρή συνήθως σε όρους 10^-1Κυρία. Έτσι, με αυτήν την ποσότητα ταχύτητας, θα χρειαστεί ένα ηλεκτρόνιο συνήθως 17 λεπτά για να περάσει από έναν αγωγό μήκους ενός μέτρου.

μετατόπιση-ταχύτητα-ηλεκτρονίων

Αυτό σημαίνει ότι εάν θέσουμε σε λειτουργία έναν ηλεκτρικό λαμπτήρα θα πρέπει να ανάψει μετά από 17 λεπτά. Αλλά μπορούμε να ανάψουμε τον ηλεκτρικό λαμπτήρα στο σπίτι μας με ταχύτητα αστραπής με ένα πάτημα ενός διακόπτη. Αυτό συμβαίνει επειδή η ταχύτητα του ηλεκτρικού ρεύματος δεν εξαρτάται από την ταχύτητα μετατόπισης του ηλεκτρονίου.

Το ηλεκτρικό ρεύμα κινείται με ταχύτητα φωτός. Δεν καθορίζεται με την ταχύτητα μετατόπισης των ηλεκτρονίων στο υλικό. Έτσι, μπορεί να ποικίλλει σε υλικό αλλά η ταχύτητα του ηλεκτρικού ρεύματος καθορίζεται πάντα με την ταχύτητα του φωτός.

Η σχέση μεταξύ της τρέχουσας πυκνότητας και της ταχύτητας μετατόπισης

Η πυκνότητα ρεύματος ορίζεται ως η συνολική ποσότητα ρεύματος που περνά ανά μονάδα χρόνου έως ανά μονάδα διατομής του αγωγού. Από τον τύπο της ταχύτητας μετατόπισης, το ρεύμα δίνεται ως

I = nAvQ

Έτσι, η τρέχουσα πυκνότητα J όταν δίδεται η περιοχή διατομής και η ταχύτητα μετατόπισης μπορεί να υπολογιστεί ως

J = I / A = nvQ

όπου v είναι η ταχύτητα μετατόπισης των ηλεκτρονίων. Η πυκνότητα ρεύματος μετράται ως Αμπέρ ανά τετραγωνικό μέτρο. Έτσι, από τον τύπο, μπορεί να ειπωθεί ότι η ταχύτητα μετατόπισης των ηλεκτρονίων ενός αγωγού και η τρέχουσα πυκνότητά του είναι ευθέως ανάλογη μεταξύ τους. Καθώς η ταχύτητα κίνησης αυξάνεται με την αύξηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, αυξάνεται επίσης το ρεύμα που ρέει ανά περιοχή διατομής.

Το Rσχέση μεταξύ της ταχύτητας Drift και του χρόνου χαλάρωσης

Σε έναν αγωγό, τα ηλεκτρόνια κινούνται τυχαία ως μόρια αερίου. Κατά τη διάρκεια αυτής της κίνησης, συγκρούονται μεταξύ τους. Ο χρόνος χαλάρωσης του ηλεκτρονίου είναι ο χρόνος που απαιτείται από το ηλεκτρόνιο για να επιστρέψει στην αρχική του τιμή ισορροπίας μετά τη σύγκρουση. Αυτός ο χρόνος χαλάρωσης είναι άμεσα ανάλογος με την ισχύ του εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος ηλεκτρικού πεδίου, τόσο περισσότερος χρόνος απαιτείται από τα ηλεκτρόνια για να φτάσουν στην αρχική ισορροπία μετά την αφαίρεση του πεδίου.

Ο χρόνος χαλάρωσης ορίζεται επίσης ως ο χρόνος για τον οποίο το ηλεκτρόνιο μπορεί να κινείται ελεύθερα μεταξύ διαδοχικών συγκρούσεων με άλλα ιόντα.

Όταν η δύναμη που οφείλεται στο εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο είναι eE, τότε το V μπορεί να δοθεί ως

V = (eE / m) Τ

“πώς να δοκιμάσετε τον πυκνωτή εναλλασσόμενου ρεύματος με πολύμετρο ”

όπου T είναι ο χρόνος χαλάρωσης των ηλεκτρονίων.

Drift Velocity Expression

Οταν ο κινητικότητα Δίδονται μ των φορέων φόρτισης και η ισχύς του εφαρμοσμένου ηλεκτρικού πεδίου Ε, τότε ο νόμος του Ohm όσον αφορά την ταχύτητα μετακίνησης μπορεί να εκφραστεί ως

V = μE

Οι μονάδες S.I για την κινητικότητα των ηλεκτρονίων είναι m^δύο/ V-s.

Οι μονάδες S.I του ηλεκτρικού πεδίου Ε είναι V / m.

Έτσι, η μονάδα S.I για v είναι m / s. Αυτή η μονάδα S.I είναι επίσης γνωστή ως Axial Drift Velocity.

Έτσι, τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στον αγωγό κινούνται τυχαία ακόμη και όταν δεν εφαρμόζεται εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Αλλά η καθαρή ταχύτητα που παράγεται από αυτούς ακυρώνεται λόγω τυχαίων συγκρούσεων, έτσι, το καθαρό ρεύμα θα είναι μηδέν. Έτσι, η σχέση μεταξύ ηλεκτρικού ρεύματος, πυκνότητας ρεύματος και ταχύτητας μετατόπισης βοηθά στη σωστή ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του οδηγός . Τι είναι το ρεύμα Drift;