Qu'est-ce que la vitesse de dérive ?
La vitesse de dérive est définie comme la vitesse nette d'une particule qui subit des changements aléatoires de direction et de vitesse. Ce concept est généralement associé aux électrons libres se déplaçant dans un conducteur. Imaginez ces électrons libres traversant le conducteur avec des vitesses arbitraires et dans des directions aléatoires. Lorsqu'un champ électrique est appliqué à travers le conducteur, les électrons se déplaçant de manière chaotique rencontrent une force électrique alignée avec la direction du champ.
Cependant, ce champ appliqué ne supprime pas la nature aléatoire du mouvement des électrons. Au lieu de cela, il les oblige à se diriger vers un potentiel plus élevé tout en conservant leur mouvement aléatoire. Par conséquent, les électrons dérivent vers l'extrémité du conducteur au potentiel plus élevé, tout en conservant leurs mouvements aléatoires.
Cela entraîne que chaque électron acquiert une vitesse nette vers l'extrémité du conducteur au potentiel plus élevé, appelée vitesse de dérive des électrons.
Le courant électrique résultant, dû à cette dérive des électrons dans un conducteur soumis à un champ électrique, est appelé courant de dérive. Il convient de noter que tout courant électrique est fondamentalement un courant de dérive.
La relation entre la vitesse de dérive et la mobilité des électrons
Considérez n'importe quel matériau conducteur, tel qu'un métal, à température ambiante. Il abrite toujours quelques électrons libres. Plus scientifiquement, une substance, si elle est conductrice, doit contenir au moins quelques électrons libres à toute température supérieure au zéro absolu.
Ces électrons libres à l'intérieur du conducteur naviguent de manière aléatoire, heurtant fréquemment de plus grands atomes et modifiant leur direction de mouvement.
Lorsqu'un champ électrique constant est introduit dans le conducteur, les électrons commencent à se diriger vers le terminal positif de la différence de potentiel électrique appliquée, communément appelée tension. Cependant, ce mouvement des électrons n'est pas en ligne droite.
Alors que les électrons se dirigent vers le potentiel positif, ils heurtent continuellement des atomes et se dévient de manière aléatoire. Chaque collision entraîne une perte de partie de leur énergie cinétique, qu'ils regagnent en raison de l'influence du champ électrique, ce qui les réaccélère vers le potentiel positif.
De nouvelles collisions entraînent une perte similaire et une récupération ultérieure de l'énergie cinétique. Ainsi, bien qu'un champ électrique appliqué ne puisse pas arrêter le mouvement aléatoire des électrons à l'intérieur d'un conducteur, il génère une dérive nette des électrons vers le terminal positif.
En termes simples, le champ électrique appliqué cause une dérive des électrons vers le terminal positif, leur donnant une vitesse de dérive moyenne. À mesure que l'intensité du champ électrique augmente, les électrons accélèrent plus rapidement vers le potentiel positif après chaque collision. Par conséquent, les électrons gagnent une vitesse de dérive moyenne plus grande vers le potentiel positif, ou dans la direction opposée au champ électrique appliqué.
Ici, si ν représente la vitesse de dérive et E symbolise le champ électrique appliqué, la mobilité des électrons, notée μe, peut être comprise comme le rapport de ν à E.
Où μe est appelée mobilité des électrons.
Vitesse de dérive, courant de dérive et mobilité des électrons : une animation
Le flux continu des électrons, causé par la vitesse de dérive, conduit à la formation de ce qu'on appelle le courant de dérive.
Grâce à une compréhension claire et à une exploration supplémentaire, les concepts interconnectés de vitesse de dérive, de courant de dérive et de mobilité des électrons peuvent être appréciés pour leurs rôles critiques dans le monde de l'électronique et de la physique.
Le courant causé par le flux continu des électrons en raison de la vitesse de dérive est appelé courant de dérive.
Source: Electrical4u
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