Cosa è la Velocità di Deriva?

La velocità di deriva è definita come la velocità netta di una particella che subisce cambiamenti casuali in direzione e velocità. Questo concetto è tipicamente associato agli elettroni liberi che si muovono all'interno di un conduttore. Immagina questi elettroni liberi che attraversano il conduttore con velocità arbitrarie e in direzioni casuali. Quando un campo elettrico viene applicato al conduttore, gli elettroni che si muovono in modo casuale incontrano una forza elettrica allineata con la direzione del campo.

Tuttavia, questo campo applicato non limita la natura casuale del movimento degli elettroni. Al contrario, li costringe a gravitare verso un potenziale più alto mantenendo il loro movimento casuale. Di conseguenza, gli elettroni si spostano verso l'estremità del conduttore con potenziale più alto insieme ai loro movimenti casuali.

Questo comporta che ogni elettrone acquisisca una velocità netta verso l'estremità del conduttore con potenziale più alto, nota come velocità di deriva degli elettroni.

La corrente elettrica risultante, dovuta a questa deriva degli elettroni all'interno di un conduttore sottoposto a tensione elettrica, è chiamata corrente di deriva. È importante notare che ogni corrente elettrica è fondamentalmente una corrente di deriva.

Il rapporto tra velocità di deriva e mobilità degli elettroni

Considera qualsiasi materiale conduttivo, come un metallo, a temperatura ambiente. Esso ospita sempre alcuni elettroni liberi. In termini più scientifici, una sostanza, se conduttiva, deve contenere almeno alcuni elettroni liberi a qualsiasi temperatura superiore allo zero assoluto.

Questi elettroni liberi all'interno del conduttore navigano in modo casuale, collidendo frequentemente con atomi più grandi atomi e alterando la direzione del loro movimento.

Quando un campo elettrico costante viene introdotto nel conduttore, gli elettroni iniziano a muoversi verso il terminale positivo della differenza di potenziale elettrico applicata, comunemente nota come tensione. Tuttavia, questo movimento degli elettroni non avviene in linea retta.

Mentre gli elettroni si muovono verso il potenziale positivo, collidono continuamente con gli atomi e si deflettono in modo casuale. Ogni collisione comporta una perdita di parte della loro energia cinetica, che essi recuperano grazie all'influenza del campo elettrico, riaccelerandoli verso il potenziale positivo.

Ulteriori collisioni portano a una perdita simile e a un successivo recupero dell'energia cinetica. Pertanto, mentre un campo elettrico applicato non può fermare il movimento casuale degli elettroni all'interno di un conduttore, genera una deriva netta degli elettroni verso il terminale positivo.

In termini più semplici, il campo elettrico applicato causa la deriva degli elettroni verso il terminale positivo, conferendo loro una velocità di deriva media. Man mano che l'intensità del campo elettrico aumenta, gli elettroni accelerano più rapidamente verso il potenziale positivo dopo ogni collisione. Di conseguenza, gli elettroni acquisiscono una maggiore velocità di deriva media verso il potenziale positivo, o nella direzione opposta al campo elettrico applicato.

Qui, se ν rappresenta la velocità di deriva e E simboleggia il campo elettrico applicato, la mobilità degli elettroni, denotata da μe, può essere compresa come il rapporto di ν a E.

Dove μe è chiamata mobilità degli elettroni.

Velocità di deriva, corrente di deriva e mobilità degli elettroni: un'animazione

Il flusso persistente degli elettroni, causato dalla velocità di deriva, porta alla formazione di ciò che è noto come corrente di deriva.

Attraverso una comprensione chiara e ulteriori esplorazioni, i concetti interconnessi di velocità di deriva, corrente di deriva e mobilità degli elettroni possono essere apprezzati per i loro ruoli critici nel mondo dell'elettronica e della fisica.

La corrente causata dal flusso costante degli elettroni a causa della velocità di deriva è chiamata corrente di deriva.

Fonte: Electrical4u

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