Každý materiál je tvorený atómami, ktoré sú zase tvorené záporne nabitými elektrónmi. Tieto záporne nabité elektróny sa pohybujú v atóme v náhodných smeroch. Tento pohyb elektrónov sa generuje elektrina . Ale vďaka ich náhodnému pohybu sa priemerná rýchlosť elektrónov v materiáli stáva nulovou. Pozorovalo sa, že keď sa na konce materiálu aplikuje rozdiel potenciálov, elektróny prítomné v materiáli získajú určitú rýchlosť, ktorá spôsobí malý čistý tok v jednom smere. Táto rýchlosť, ktorá spôsobuje pohyb elektrónov v určitom smere, sa nazýva Drift Velocity.
Čo je rýchlosť driftu?
Priemerná rýchlosť dosiahnutá náhodnými pohybujúcimi sa elektrónmi pri použití vonkajšieho elektrického poľa, ktorá spôsobuje, že sa elektróny pohybujú jedným smerom, sa nazýva Drift Velocity.
Každý materiál vodiča obsahuje voľné, náhodne sa pohybujúce elektróny pri teplote nad absolútnou nulou. Keď sa na materiál aplikuje vonkajšie elektrické pole, elektróny dosahujú rýchlosť a majú tendenciu sa pohybovať smerom k pozitívnemu smeru. Čistá rýchlosť elektrónov bude prebiehať jedným smerom. Elektrón sa bude pohybovať v smere aplikovaného elektrického poľa. Tu sa elektrón nevzdáva svojej náhodnosti pohybu, ale svojim náhodným pohybom sa posúva k vyššiemu potenciálu.
Prúd produkovaný týmto pohybom elektrónov smerom k vyššiemu potenciálu sa nazýva Driftový prúd. Dá sa teda povedať, že každý prúd vyrobený v materiáli vodiča je driftový prúd.
Rýchlosť driftu Odvodenie
Odvodiť výraz pre rýchlosť driftu , musí byť známa jeho súvislosť s pohyblivosťou elektrónov a účinkom aplikovaného vonkajšieho elektrického poľa. Mobilita elektrónu je definovaná ako Driftová rýchlosť pre jednotkové elektrické pole. Elektrické pole je úmerné prúdu. Takto Ohmov zákon možno napísať ako
F = -μE .—— (1)
kde μ je pohyblivosť elektrónu meraná ako mdva/ V.sec
E je elektrické pole merané ako V / m
vieme, že F = ma, dosaďte do (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
konečná rýchlosť u = v + at
Tu v = 0, t = T, čo je relaxačná doba elektrónu
Preto u = aT, dosaďte do (2)
∴ u = - (μE / m) T
Tu u je rýchlosť driftu, meraná ako m / s.
To dáva konečný výraz. The ÁNO jednotka rýchlosti driftu je m / s alebo mdva/(V.s) a V / m
Vzorec rýchlosti driftu
Tento vzorec sa používa na vyhľadanie rýchlosť driftu elektrónov v vodiči vedúcom prúd. Keď elektróny s hustotou n a nábojom Q spôsobia, že prúd „I“ pretečie vodičom s plochou prierezu A, možno rýchlosť driftu v vypočítať pomocou vzorca I = nAvQ.
Zvýšenie intenzity aplikovaného vonkajšieho elektrického poľa spôsobí, že elektróny rýchlejšie akcelerujú smerom k pozitívnemu smeru, opačne k smeru aplikovaného elektrického poľa.
Vzťah medzi rýchlosťou driftu a elektrickým prúdom
Každý vodič obsahuje náhodne sa pohybujúce voľné elektróny. Pohyb elektrónov v jednom smere spôsobený rýchlosťou Driftu generuje prúd. Rýchlosť driftu elektrónu je zvyčajne veľmi malá, zvyčajne 10-1pani. S touto rýchlosťou teda teda bude trvať elektrón obvykle 17 minút, kým prejde vodičom s dĺžkou jeden meter.
rýchlosť driftu elektrónov
To znamená, že ak zapneme žiarovku, mala by sa zapnúť po 17 minútach. Žiarovku v našom dome ale môžeme zapnúť bleskovou rýchlosťou jediným vypínačom. Je to preto, že rýchlosť elektrického prúdu nezávisí od driftovej rýchlosti elektrónu.
Elektrický prúd sa pohybuje rýchlosťou svetla. Nie je stanovená s rýchlosťou driftu elektrónov v materiáli. Môže sa teda líšiť v materiáli, ale rýchlosť elektrického prúdu sa vždy stanovovala na rýchlosti svetla.
Vzťah medzi prúdovou hustotou a rýchlosťou driftu
Hustota prúdu je definovaná ako celkové množstvo prúdu prechádzajúceho za jednotku času cez jednotku prierezu vodiča. Z vzorca rýchlosti driftu je prúd daný ako
I = nAvQ
takže prúdová hustota J, keď je uvedená plocha prierezu a rýchlosť driftu, sa dá vypočítať ako
J = I / A = nvQ
kde v je driftová rýchlosť elektrónov. Hustota prúdu sa meria ako ampéry na meter štvorcový. Podľa vzorca teda možno povedať, že driftová rýchlosť elektrónov vodiča a jeho prúdová hustota sú navzájom priamo úmerné. Keď sa driftová rýchlosť zvyšuje so zvyšovaním intenzity elektrického poľa, zvyšuje sa aj prúd pretekajúci cez jednu plochu prierezu.
Relácia medzi rýchlosťou driftu a časom relaxácie
Vo vodiči sa elektróny pohybujú náhodne ako molekuly plynu. Pri tomto pohybe sa navzájom zrazia. Relaxačný čas elektrónu je čas potrebný na to, aby sa elektrón po zrážke vrátil na svoju pôvodnú rovnovážnu hodnotu. Tento relaxačný čas je priamo úmerný použitej intenzite vonkajšieho elektrického poľa. Čím väčší je čas elektrického poľa, tým viac času potrebujú elektróny na to, aby sa po odstránení poľa dostali do počiatočnej rovnováhy.
Relaxačný čas je tiež definovaný ako čas, za ktorý sa elektrón môže voľne pohybovať medzi postupnými zrážkami s inými iónmi.
Keď je sila spôsobená aplikovaným elektrickým poľom eE, potom V možno uviesť ako
V = (eE / m) T
kde T je relaxačný čas elektrónov.
Vyjadrenie rýchlosti driftu
Keď mobilita Udané sú μ nosičov náboja a sila aplikovaného elektrického poľa E, potom možno Ohmov zákon z hľadiska rýchlosti driftu vyjadriť ako
V = μE
Jednotky S.I pre pohyblivosť elektrónov sú mdva/ V-s.
Jednotky S.I elektrického poľa E sú V / m.
Jednotka S.I pre v je teda m / s. Táto jednotka S.I je tiež známa ako Axial Drift Velocity.
Elektróny prítomné vo vodiči sa teda pohybujú náhodne, aj keď nie je použité žiadne vonkajšie elektrické pole. Ale čistá rýchlosť, ktorú produkujú, sa zruší v dôsledku náhodných kolízií, takže čistý prúd bude nulový. Vzťah medzi elektrickým prúdom, hustotou prúdu a rýchlosťou driftu teda pomáha pri správnom prietoku elektrického prúdu cez vodič . Čo je to driftový prúd?
