Какво е дрейфова скорост?

Дрифтова скорост се дефинира като нетната скорост на частица, която извършва случаен промени в посоката и скоростта си. Този концепт обикновено се свързва със свободните електрони, които се движат във проводник. Представете си тези свободни електрони, които се движат през проводника с произволни скорости и в случайни посоки. Когато електрично поле се приложи върху проводника, случайните електрони срещат електрична сила, насочена в посоката на полето.

Това приложено поле обаче не ограничава случайната природа на движенията на електроните. Вместо това ги кара да се движи към висок потенциал, запазвайки своето случайно движение. Следователно, електроните дрейфуват към високопотенциалния край на проводника заедно със своите случайни движения.

Това води до това, че всеки електрон придобива нетна скорост към високопотенциалния край на проводника, наречена дрифтова скорост на електроните.

Резултантната електрическа тока, породена от този дрейф на електроните във електрически напрегнат проводник, се нарича дрифтова тока. Забележително е, че всяка електрическа тока е фундаментално дрифтова тока.

Връзката между дрифтова скорост и подвижността на електроните

Представете си всякакъв проводящ материал, като метал, при стаяна температура. Винаги съдържа някакви свободни електрони. По-научно, ако веществото е проводимо, то трябва да съдържа поне няколко свободни електрона при всяка температура над абсолютната нула.

Тези свободни електрони във проводника се движат случайно, често се сблъскват с по-големи атоми и променят посоката на движение.

Когато във проводника се въведе постоянна електрическа поле, електроните започват да се движи към положителния терминал на приложената електрическа потенциална разлика, обикновено известна като напряжение. Това движение на електроните обаче не е в права линия.

Докато електроните се движат към положителния потенциал, те постоянно се сблъскват с атоми и се отклоняват случайно. Всяко сблъскване води до загуба на част от техните кинетични енергии, които те възстановяват благодарение на влиянието на електрическото поле, което ги ускорява към положителния потенциал.

Допълнителни сблъсквания водят до подобна загуба и последващо възстановяване на кинетична енергия. Следователно, въпреки че приложено електрическо поле не може да спре случайното движение на електроните във проводника, то все пак генерира нетен дрейф на електроните към положителния терминал.

С други думи, приложено електрическо поле кара електроните да дрейфуват към положителния терминал, давайки им средна дрифтова скорост. Колкото по-голяма е интензивността на електрическото поле, толкова по-бързо електроните се ускоряват към положителния потенциал след всяко сблъскване. Следователно, електроните придобиват по-голяма средна дрифтова скорост към положителния потенциал, или в посока, противоположна на приложеното електрическо поле.

Тук, ако ν представлява дрифтова скорост, а E означава приложено електрическо поле, подвижността на електроните, означена с μe, може да се разбере като отношението на ν към E.

Където μe се нарича подвижност на електроните.

Дрифтова скорост, дрифтова тока и подвижност на електроните: Анимация

Постоянното течение на електроните, предизвикано от дрифтова скорост, води до формирането на това, което се нарича дрифтова тока.

Чрез ясен разбор и допълнително проучване, свързаните концепции на дрифтова скорост, дрифтова тока и подвижността на електроните могат да бъдат оценени за своите ключови роли в света на електрониката и физиката.

Токата, предизвикана от постоянното течение на електроните поради дрифтова скорост, се нарича дрифтова тока.

Източник: Electrical4u

Заявление: Уважавайте оригинала, добри статии заслужават да бъдат споделени, ако има нарушение на авторските права, моля, свържете се за изтриване.