Was ist Driftgeschwindigkeit?

Die Driftgeschwindigkeit wird definiert als die Netto-Geschwindigkeit eines Teilchens, das zufällige Änderungen in Richtung und Geschwindigkeit durchläuft. Dieses Konzept ist typischerweise mit freien Elektronen verbunden, die sich innerhalb eines Leiters bewegen. Stellen Sie sich diese freien Elektronen vor, die den Leiter mit beliebigen Geschwindigkeiten und in zufälligen Richtungen durchqueren. Wenn ein elektrisches Feld über dem Leiter angewendet wird, stoßen die zufällig bewegten Elektronen auf eine elektrische Kraft, die in Richtung des Feldes ausgerichtet ist.

Dieses angelegte Feld beeinträchtigt jedoch nicht die zufällige Natur der Elektronenbewegung. Stattdessen zwingt es sie, sich in Richtung des höheren Potenzials zu bewegen, während sie ihre zufällige Bewegung beibehalten. Folglich driften die Elektronen neben ihrer zufälligen Bewegung zum Ende des Leiters mit dem höheren Potential.

Dadurch erhält jedes Elektron eine Netto-Geschwindigkeit in Richtung des Endes des Leiters mit dem höheren Potential, was als Driftgeschwindigkeit der Elektronen bezeichnet wird.

Der daraus resultierende elektrische Strom, bedingt durch diese Elektronendrift in einem elektrisch belasteten Leiter, wird als Driftstrom bezeichnet. Es ist erwähnenswert, dass jeder elektrische Strom im Grunde genommen ein Driftstrom ist.

Die Beziehung zwischen Driftgeschwindigkeit und Elektronenbeweglichkeit

Betrachten wir ein beliebiges leitfähiges Material, wie Metall, bei Raumtemperatur. Es beherbergt immer einige freie Elektronen. Wissenschaftlicher formuliert muss ein Stoff, wenn er leitfähig ist, bei jeder Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts mindestens einige freie Elektronen enthalten.

Diese freien Elektronen innerhalb des Leiters navigieren zufällig und stoßen häufig mit größeren Atomen zusammen und ändern dadurch ihre Bewegungsrichtung.

Wenn ein ständiges elektrisches Feld auf den Leiter eingewirkt wird, beginnen die Elektronen, sich in Richtung des positiven Terminals des angelegten elektrischen Spannungsdifferenz, bekannt als Spannung, zu bewegen. Diese Elektronenbewegung verläuft jedoch nicht in einer geraden Linie.

Während die Elektronen sich in Richtung des positiven Potenzials bewegen, stoßen sie ständig mit Atomen zusammen und werden zufällig abgelenkt. Jeder Zusammenstoß führt zu einem Verlust einiger ihrer kinetischen Energie, die sie aufgrund des Einflusses des elektrischen Feldes wiedererlangen, indem sie erneut beschleunigt werden, um sich in Richtung des positiven Potenzials zu bewegen.

Weitere Zusammenstöße führen zu einem ähnlichen Verlust und anschließenden Wiedererlangen der kinetischen Energie. Daher kann ein angelegtes elektrisches Feld zwar die zufällige Bewegung der Elektronen innerhalb eines Leiters nicht stoppen, es erzeugt jedoch eine Netto-Drift der Elektronen in Richtung des positiven Terminals.

In einfacheren Worten verursacht das angelegte elektrische Feld, dass die Elektronen in Richtung des positiven Terminals driftend bewegt werden, wodurch sie eine durchschnittliche Driftgeschwindigkeit erhalten. Je stärker das elektrische Feld, desto schneller beschleunigen die Elektronen nach jedem Zusammenstoß in Richtung des positiven Potenzials. Folglich gewinnen die Elektronen mehr durchschnittliche Driftgeschwindigkeit in Richtung des positiven Potenzials oder in die Richtung, die entgegengesetzt zum angelegten elektrischen Feld ist.

Hierbei, wenn ν die Driftgeschwindigkeit und E das angelegte elektrische Feld repräsentiert, kann die Elektronenbeweglichkeit, bezeichnet mit μe, als das Verhältnis von ν zu E verstanden werden.

Wobei μe als Elektronenbeweglichkeit bezeichnet wird.

Driftgeschwindigkeit, Driftstrom und Elektronenbeweglichkeit: Eine Animation

Der andauernde Fluss der Elektronen, verursacht durch die Driftgeschwindigkeit, führt zur Entstehung dessen, was als Driftstrom bekannt ist.

Durch ein klares Verständnis und weitere Erforschung können die voneinander abhängigen Konzepte der Driftgeschwindigkeit, des Driftstroms und der Elektronenbeweglichkeit für ihre entscheidenden Rollen in der Welt der Elektronik und Physik geschätzt werden.

Der durch die konstante Strömung der Elektronen aufgrund der Driftgeschwindigkeit verursachte Strom wird als Driftstrom bezeichnet.

Quelle: Electrical4u

Aussage: Respekt vor dem Original, gute Artikel sind es wert, geteilt zu werden. Bei Verletzung der Rechte bitte um Löschung.