¿Qué es la velocidad de deriva?

La velocidad de deriva se define como la velocidad neta de una partícula que experimenta cambios aleatorios en dirección y velocidad. Este concepto está típicamente asociado con electrones libres que se mueven dentro de un conductor. Imagina estos electrones libres atravesando el conductor con velocidades arbitrarias y en direcciones aleatorias. Cuando se aplica un campo eléctrico a través del conductor, los electrones que se mueven de manera caótica encuentran una fuerza eléctrica alineada con la dirección del campo.

Sin embargo, este campo aplicado no suprime la naturaleza aleatoria del movimiento de los electrones. En su lugar, los obliga a moverse hacia un potencial más alto mientras mantienen su movimiento aleatorio. Como consecuencia, los electrones se desplazan hacia el extremo de mayor potencial del conductor junto con sus movimientos aleatorios.

Esto resulta en que cada electrón adquiere una velocidad neta hacia el extremo de mayor potencial del conductor, lo que se conoce como la velocidad de deriva de los electrones.

La corriente eléctrica subsiguiente, debido a esta deriva de electrones dentro de un conductor sometido a tensión eléctrica, se denomina corriente de deriva. Es importante notar que toda corriente eléctrica es fundamentalmente una corriente de deriva.

La relación entre la velocidad de deriva y la movilidad de los electrones

Considera cualquier material conductor, como un metal, a temperatura ambiente. Siempre contiene algunos electrones libres. De manera más científica, una sustancia, si es conductora, debe contener al menos algunos electrones libres a cualquier temperatura por encima del cero absoluto.

Estos electrones libres dentro del conductor navegan de manera aleatoria, colisionando frecuentemente con átomos más grandes y alterando su dirección de movimiento.

Cuando se introduce un campo eléctrico constante al conductor, los electrones comienzan a moverse hacia el terminal positivo de la diferencia de potencial eléctrico aplicada, comúnmente conocida como voltaje. Sin embargo, el movimiento de los electrones no es en línea recta.

A medida que los electrones se mueven hacia el potencial positivo, colisionan continuamente con átomos y se desvían de manera aleatoria. Cada colisión resulta en una pérdida de parte de su energía cinética, que recuperan debido a la influencia del campo eléctrico, reacelerándolos hacia el potencial positivo.

Colisiones adicionales llevan a una pérdida similar y posterior recuperación de la energía cinética. Por lo tanto, aunque un campo eléctrico aplicado no puede detener el movimiento aleatorio de los electrones dentro de un conductor, sí genera una deriva neta de electrones hacia el terminal positivo.

En términos más simples, el campo eléctrico aplicado causa que los electrones se desplacen hacia el terminal positivo, dándoles una velocidad de deriva promedio. A medida que aumenta la intensidad del campo eléctrico, los electrones aceleran más rápidamente hacia el potencial positivo después de cada colisión. Como resultado, los electrones ganan más velocidad de deriva promedio hacia el potencial positivo, o en la dirección opuesta al campo eléctrico aplicado.

Aquí, si ν representa la velocidad de deriva y E simboliza el campo eléctrico aplicado, la movilidad de los electrones, denotada por μe, se puede entender como la razón de ν a E.

Donde μe se refiere a la movilidad de los electrones.

Velocidad de deriva, corriente de deriva y movilidad de los electrones: Una animación

El flujo constante de electrones, causado por la velocidad de deriva, lleva a la formación de lo que se conoce como corriente de deriva.

A través de una comprensión clara y una exploración más profunda, los conceptos interconectados de velocidad de deriva, corriente de deriva y movilidad de los electrones pueden ser apreciados por sus roles críticos en el mundo de la electrónica y la física.

La corriente causada por el flujo constante de electrones debido a la velocidad de deriva se llama corriente de deriva.

Fuente: Electrical4u

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