Mikä on driftinopeus?
Drift velocity määritellään kappaleen nettonopeutena, joka kokee satunnaisia suunnan ja nopeuden muutoksia. Tämä käsite liittyy yleensä vapaana kulkeviin elektroneihin johtimessa. Kuvittele nämä vapaat elektronit kulkevan johtimen läpi satunnaisilla nopeuksilla ja suunnilla. Kun sähkökenttä otetaan käyttöön johtimen yli, näiden satunnaisesti liikkuvien elektronien kohteeksi tulee sähkövoima, joka on kentän suuntainen.
Tämä sovellettu kenttä ei kuitenkaan rajoita elektronien satunnaisluontoista liikettä. Sen sijaan se pakottaa ne liikkumaan kohti korkeampaa potentiaalia, säilyttäen samalla satunnaisen liikkeen. Seurauksena elektronit drifttaavat kohti johtimen korkeamman potentiaalin päätepistettä satunnaisen liikkeensä ohella.
Tämä johtaa siihen, että jokainen elektroni saa nettonopeuden kohti johtimen korkeamman potentiaalin päätepistettä, mikä kutsutaan elektronien drift-nopeudeksi.
Tämän elektronien drift-nopeuden vuoksi johtimessa syntynyt sähkövirta kutsutaan drift-virtaksi. On huomionarvoista, että jokainen sähkövirta on perustavanlaatuinen drift-virta.
Drift-nopeuden ja elektronien liikkuvuuden välinen suhde
Oletetaan esimerkiksi metallinen johtevä materiaali huoneen lämpötilassa. Siinä on aina jotkin vapaita elektroneja. Tieteellisemmin ilmaistuna, jos aine on johtava, sen täytyy sisältää vähintään muutama vapaa elektroni jokaisessa nollapisteen yläpuolella olevassa lämpötilassa.
Nämä vapaat elektronit navigoivat johtimessa satunnaisesti, törmäävät usein isompiin atomeihin ja muuttavat liikkeensä suuntaa.
Kun vakio sähkökenttä otetaan käyttöön johtimessa, elektronit alkavat liikkua kohti sovellettujen sähköisten potentiaalierojen positiivista terminaalia, jota yleisesti kutsutaan jännitteeksi. Tämä elektronien liike ei kuitenkaan ole suora.
Kun elektronit liikkuvat kohti positiivista potentiaalia, ne törmäävät jatkuvasti atomeihin ja heijastuvat satunnaisesti. Jokainen törmäys johtaa osan kinettisen energian menetykseen, jota ne palauttavat takaisin sähkökentän vaikutuksesta, kiihdyttäen niitä uudelleen kohti positiivista potentiaalia.
Lisätörmäykset johtavat samankaltaiseen energian menetykseen ja palautumiseen. Siksi, vaikka sovellettu sähkökenttä ei voi pysäyttää elektronien satunnaisluontoista liikettä johtimessa, se tuottaa netto drift-liikkeen kohti positiivista terminaalia.
Yksinkertaisemmin sanottuna, sovellettu sähkökenttä aiheuttaa elektronien driftin kohti positiivista terminaalia, antaen niille keskimääräisen drift-nopeuden. Kun sähkökentän intensiteetti kasvaa, elektronit kiihdyttävät nopeammin kohti positiivista potentiaalia jokaisen törmäyksen jälkeen. Seurauksena elektronit saavat enemmän keskimääräistä drift-nopeutta kohti positiivista potentiaalia, tai sovelletun sähkökentän vastaiseen suuntaan.
Tässä, jos ν edustaa drift-nopeutta ja E sovellettua sähkökenttää, elektronien liikkuvuus, merkitty μe, voidaan ymmärtää ν:n ja E:n suhteena.
Missä μe viittaa elektronien liikkuvuuteen.
Drift-nopeus, drift-virta ja elektronien liikkuvuus: Animaatio
Elektronien jatkuva virtaus, aiheutettu drift-nopeudella, johtaa drift-virran muodostumiseen.
Selkeällä ymmärryksellä ja lisäselvityksillä drift-nopeuden, drift-virran ja elektronien liikkuvuuden yhteydessä olevat käsitteet voidaan arvostaa niiden kriittisissä rooleissa sähkötekniikan ja fysiikan maailmassa.
Virta, joka johtuu elektronien tasaisesta virtauksesta drift-nopeuden ansiosta, kutsutaan drift-virtaksi.
Lähde: Electrical4u
Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jaettava, jos on rikos, ota yhteyttä poistettaksesi.
