Cos'è la velocità di deriva degli elettroni con derivazione

Ogni materiale è costituito da atomi che a loro volta sono composti da elettroni caricati negativamente. Questi elettroni caricati negativamente si muovono in direzioni casuali all'interno dell'atomo. Questo movimento di elettroni genera elettricità . Ma a causa del loro movimento casuale, la velocità media degli elettroni in un materiale diventa zero. È stato osservato che quando viene applicata una differenza di potenziale alle estremità di un materiale, gli elettroni presenti nel materiale acquisiscono una certa velocità che provoca un piccolo flusso netto in una direzione. Questa velocità che fa muovere gli elettroni in una certa direzione è nota come velocità di deriva.

Cos'è una velocità di deriva?

La velocità media raggiunta dagli elettroni in movimento casuale quando viene applicato il campo elettrico esterno, che fa muovere gli elettroni in una direzione, è chiamata velocità di deriva.

Ogni materiale conduttore contiene elettroni liberi e in movimento casuale a una temperatura superiore allo zero assoluto. Quando il campo elettrico esterno viene applicato attorno al materiale, gli elettroni raggiungono la velocità e tendono a muoversi verso la direzione positiva, e la velocità netta degli elettroni sarà in una direzione. L'elettrone si muoverà nella direzione del campo elettrico applicato. Qui l'elettrone non rinuncia alla sua casualità di movimento ma si sposta verso un potenziale più elevato con il loro movimento casuale.

La corrente prodotta da questo movimento di elettroni verso il potenziale più alto è chiamata corrente di deriva. Quindi, si può dire che ogni corrente prodotta in un materiale conduttore è una corrente di deriva.

Velocità di deriva Derivazione

Per derivare il file espressione per velocità di deriva , è necessario conoscere la sua relazione con la mobilità degli elettroni e l'effetto del campo elettrico esterno applicato. La mobilità di un elettrone è definita come velocità di deriva per un campo elettrico unitario. Il campo elettrico è proporzionale alla corrente. Così il Legge di Ohm può essere scritto come

F = -μE .—— (1)

dove μ è la mobilità dell'elettrone misurata come m^Due/ V.sec

E è il campo elettrico misurato come V / m

sappiamo che F = ma, sostituisci in (1)

a = F / m = -μE / m ———- (2)

velocità finale u = v + a

Qui v = 0, t = T, che è il tempo di rilassamento dell'elettrone

Pertanto u = aT, sostituire in (2)

∴ u = - (μE / m) T

Qui, u è la velocità di deriva, misurata come m / s.

Questo dà l'espressione finale. Il SÌ unità di velocità di deriva è m / so m^Due/(V.s) e V / m

Formula di velocità di deriva

Questa formula viene utilizzata per trovare il file velocità di deriva degli elettroni in un conduttore che conduce corrente. Quando gli elettroni con densità ne carica Q fanno fluire una corrente 'I' attraverso un conduttore di area della sezione trasversale A, la velocità di deriva v può essere calcolata mediante la formula I = nAvQ.

Un aumento dell'intensità del campo elettrico esterno applicato fa sì che gli elettroni accelerino più rapidamente verso una direzione positiva, opposta alla direzione del campo elettrico applicato.

La relazione tra velocità di deriva e corrente elettrica

Ogni conduttore contiene elettroni liberi in movimento casuale al suo interno. Il movimento degli elettroni in una direzione causato dalla velocità di deriva genera una corrente. La velocità di deriva di un elettrone è solitamente molto piccola in termini di 10^-1SM. Pertanto, con questa quantità di velocità, un elettrone impiegherà solitamente 17 minuti per passare attraverso un conduttore di lunghezza un metro.

velocità di deriva degli elettroni

Ciò significa che se accendiamo una lampadina elettrica dovrebbe accendersi dopo 17 minuti. Ma possiamo accendere la lampadina elettrica di casa nostra alla velocità della luce con un semplice tocco di un interruttore. Questo perché la velocità della corrente elettrica non dipende dalla velocità di deriva dell'elettrone.

La corrente elettrica si muove alla velocità della luce. Non è stabilito con la velocità di deriva degli elettroni nel materiale. Pertanto, può variare nel materiale ma la velocità della corrente elettrica è sempre stabilita sulla velocità della luce.

La relazione tra densità di corrente e velocità di deriva

La densità di corrente è definita come la quantità totale di corrente che passa per unità di tempo attraverso per unità di area della sezione trasversale del conduttore. Dalla formula della velocità di deriva, la corrente è data come

I = nAvQ

quindi, la densità di corrente J quando vengono fornite l'area della sezione trasversale e la velocità di deriva può essere calcolata come

J = I / A = nvQ

dove v è la velocità di deriva degli elettroni. La densità di corrente è misurata come Ampere per metro quadrato. Quindi, dalla formula, si può dire che la velocità di deriva degli elettroni di un conduttore e la sua densità di corrente sono direttamente proporzionali l'una all'altra. Man mano che la velocità di deriva aumenta con l'aumento dell'intensità del campo elettrico, aumenta anche la corrente che fluisce attraverso l'area della sezione trasversale.

La Reuforia tra Drift Velocity e Relaxation Time

In un conduttore, gli elettroni si muovono casualmente come molecole di gas. Durante questo movimento, entrano in collisione tra loro. Il tempo di rilassamento dell'elettrone è il tempo richiesto dall'elettrone per tornare al suo valore di equilibrio iniziale dopo la collisione. Questo tempo di rilassamento è direttamente proporzionale all'intensità del campo elettrico esterno applicato. Maggiore è il tempo del campo elettrico, maggiore è il tempo necessario agli elettroni per raggiungere l'equilibrio iniziale dopo la rimozione del campo.

Il tempo di rilassamento è anche definito come il tempo per il quale l'elettrone può muoversi liberamente tra le collisioni successive con altri ioni.

Quando la forza dovuta al campo elettrico applicato è eE, allora V può essere dato come

V = (eE / m) T

dove T è il tempo di rilassamento degli elettroni.

Espressione della velocità di deriva

Quando il mobilità Vengono forniti μ dei portatori di carica e l'intensità del campo elettrico applicato E, quindi la legge di Ohm in termini di velocità di deriva può essere espressa come

V = μE

Le unità S.I per la mobilità dell'elettrone sono m^Due/ V-s.

Le unità S.I del campo elettrico E sono V / m.

Quindi l'unità S.I per v è m / s. Questa unità S.I è anche conosciuta come Axial Drift Velocity.

Pertanto, gli elettroni presenti nel conduttore si muovono in modo casuale anche quando non viene applicato alcun campo elettrico esterno. Ma la velocità netta prodotta da loro viene annullata a causa di collisioni casuali, quindi la corrente netta sarà zero. Pertanto, la relazione tra corrente elettrica, densità di corrente e velocità di deriva aiuta nel corretto flusso di corrente elettrica attraverso il conducente . Cos'è una corrente di deriva?