Τι είναι η ταχύτητα διάρροης;

Η ταχύτητα διάχυσης ορίζεται ως η καθαρή ταχύτητα ενός σωματιδίου που υποστέφθηκε τυχαίες αλλαγές στην κατεύθυνση και την ταχύτητα. Αυτό το εννοιολογικό πλαίσιο συνήθως συνδέεται με ελεύθερα ηλεκτρόνια που κινούνται μέσα σε έναν διεξοδικό. Φανταστείτε αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια να διασχίζουν τον διεξοδικό με τυχαίες ταχύτητες και σε τυχαίες κατευθύνσεις. Όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο στον διεξοδικό, τα τυχαία κινούμενα ηλεκτρόνια αντιμετωπίζουν μια ηλεκτρική δύναμη που είναι συμβατή με την κατεύθυνση του πεδίου.

Ωστόσο, αυτό το εφαρμοσμένο πεδίο δεν περιορίζει τη τυχαία φύση της κίνησης των ηλεκτρονίων. Αντίθετα, τα αναγκάζει να κινούνται προς το υψηλότερο δυναμικό ενώ διατηρούν τη τυχαία κίνησή τους. Συνεπώς, τα ηλεκτρόνια διαχυτούνται προς το άκρο του διεξοδικού με υψηλότερο δυναμικό, παράλληλα με τη τυχαία κίνησή τους.

Αυτό οδηγεί σε κάθε ηλεκτρόνιο να αποκτά μια καθαρή ταχύτητα προς το άκρο του διεξοδικού με υψηλότερο δυναμικό, γνωστή ως ταχύτητα διάχυσης των ηλεκτρονίων.

Το επακόλουθο ηλεκτρικό ρεύμα, λόγω αυτής της διάχυσης των ηλεκτρονίων μέσα σε έναν ηλεκτρικά ενεργοποιημένο διεξοδικό, ονομάζεται ρεύμα διάχυσης. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι κάθε ηλεκτρικό ρεύμα είναι θεμελιωδώς ρεύμα διάχυσης.

Η Σχέση μεταξύ Ταχύτητας Διάχυσης και Κινητικότητας Ηλεκτρονίων

Σκεφτείτε οποιοδήποτε διεξοδικό υλικό, όπως μέταλλο, σε διαθερμία δωματίου. Πάντα φιλοξενεί κάποια ελεύθερα ηλεκτρόνια. Επιστημονικότερα, ένα υλικό, αν είναι διεξοδικό, πρέπει να περιέχει τουλάχιστον μερικά ελεύθερα ηλεκτρόνια σε οποιαδήποτε θερμοκρασία πάνω από την απόλυτη μηδενική.

Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μέσα στον διεξοδικό κινούνται τυχαία, συχνά συγκροτώντας με μεγαλύτερα άτομα και αλλάζοντας την κατεύθυνση της κίνησής τους.

Όταν εισάγεται ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο στον διεξοδικό, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να κινούνται προς το θετικό τερματικό της εφαρμοσμένης διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού, γνωστή ως τάση. Ωστόσο, αυτή η κίνηση των ηλεκτρονίων δεν είναι ευθεία.

Καθώς τα ηλεκτρόνια κινούνται προς το θετικό δυναμικό, συνεχίζουν να συγκροτούν με άτομα και να αποκλίνουν τυχαία. Κάθε σύγκρουση οδηγεί σε απώλεια μερικής της κινητικής τους ενέργειας, η οποία την ανακτούν λόγω της επιρροής του ηλεκτρικού πεδίου, επανεπιταχύνοντάς τα προς το θετικό δυναμικό.

Επιπλέον συγκρούσεις οδηγούν σε παρόμοια απώλεια και επανάκτηση κινητικής ενέργειας. Έτσι, ενώ ένα εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο δεν μπορεί να σταματήσει τη τυχαία κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα σε έναν διεξοδικό, παράγει μια καθαρή διάχυση των ηλεκτρονίων προς το θετικό τερματικό.

Με απλούστερους όρους, το εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί τη διάχυση των ηλεκτρονίων προς το θετικό τερματικό, δίνοντάς τους μια μέση ταχύτητα διάχυσης. Καθώς αυξάνεται η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται πιο γρήγορα προς το θετικό δυναμικό μετά από κάθε σύγκρουση. Συνεπώς, τα ηλεκτρόνια αποκτούν μεγαλύτερη μέση ταχύτητα διάχυσης προς το θετικό δυναμικό, ή στην κατεύθυνση αντίθετη του εφαρμοσμένου ηλεκτρικού πεδίου.

Εδώ, αν v αντιπροσωπεύει τη ταχύτητα διάχυσης και E το εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο, η κινητικότητα των ηλεκτρονίων, συμβολισμένη ως μe, μπορεί να κατανοηθεί ως το λόγο της v προς την E.

Οπου μe αναφέρεται ως κινητικότητα ηλεκτρονίων.

Ταχύτητα Διάχυσης, Ρεύμα Διάχυσης και Κινητικότητα Ηλεκτρονίων: Μια Ανιμάση

Η συνεχής ροή ηλεκτρονίων, που προκαλείται από την ταχύτητα διάχυσης, οδηγεί στη δημιουργία αυτού που ονομάζεται ρεύμα διάχυσης.

Μέσω της σαφούς κατανόησης και περαιτέρω εξερεύνησης, οι συνδεδεμένες έννοιες της ταχύτητας διάχυσης, του ρεύματος διάχυσης και της κινητικότητας ηλεκτρονίων μπορούν να εκτιμηθούν για τους κρίσιμους ρόλους τους στον κόσμο της ηλεκτρονικής και της φυσικής.

Το ρεύμα που προκαλείται από τη σταθερή ροή ηλεκτρονίων λόγω της ταχύτητας διάχυσης ονομάζεται ρεύμα διάχυσης.

Πηγή: Electrical4u

Δήλωση: Σεβαστά το αρχικό, καλά άρθρα αξίζουν κοινή χρήση, αν υπάρχει παραβίαση πνευματικών δικαιωμάτων παρακαλείτε να επικοινωνήσετε για διαγραφή.