Co to jest prędkość dryfu?
Prędkość dryfu definiuje się jako netto prędkość cząstki, która ulega losowym zmianom kierunku i szybkości. Ten pojęcie jest zazwyczaj kojarzone z wolnymi elektronami poruszającymi się wewnątrz przewodnika. Wyobraź sobie te wolne elektrony przemieszczające się przez przewodnik z przypadkowymi prędkościami i w losowych kierunkach. Gdy pole elektryczne zostanie nałożone na przewodnik, losowo poruszające się elektrony napotykają siłę elektryczną zgodną z kierunkiem pola.
To nałożone pole, jednak, nie ogranicza losowej natury ruchu elektronów. Zamiast tego, zmusza je do przemieszczania się w kierunku wyższego potencjału, zachowując ich losowy ruch. W konsekwencji, elektrony dryfują w kierunku końca przewodnika o wyższym potencjale, jednocześnie utrzymując swój losowy ruch.
To powoduje, że każdy elektron nabywa netto prędkość w kierunku końca przewodnika o wyższym potencjale, co nazywane jest prędkością dryfu elektronów.
Następny prąd elektryczny, spowodowany tym dryfem elektronów w przewodniku pod wpływem pola elektrycznego, nazywany jest prądem dryfu. Warto zauważyć, że każdy prąd elektryczny jest fundamentalnie prądem dryfu.
Związek między prędkością dryfu a mobilnością elektronów
Rozważmy dowolny materiał przewodzący, taki jak metal, w temperaturze pokojowej. Zawsze zawiera on pewną liczbę wolnych elektronów. Naukowo rzecz biorąc, substancja, jeśli jest przewodząca, musi zawierać co najmniej kilka wolnych elektronów przy każdej temperaturze powyżej zera bezwzględnego.
Te wolne elektrony w przewodniku poruszają się losowo, często zderzając się z większymi atomami i zmieniając kierunek swojego ruchu.
Gdy stałe pole elektryczne jest wprowadzone do przewodnika, elektrony zaczynają przyciągać się do dodatniego terminala zastosowanej różnicy potencjałów elektrycznych, znanej również jako napięcie. Ten ruch elektronów, jednak, nie jest prostoliniowy.
Podczas gdy elektrony poruszają się w kierunku dodatniego potencjału, ciągle zderzają się z atomami i odchylają losowo. Każde zderzenie powoduje utratę części ich energii kinetycznej, którą one odzyskują dzięki wpływowi pola elektrycznego, ponownie przyspieszając w kierunku dodatniego potencjału.
Kolejne zderzenia prowadzą do podobnej utraty i kolejnego odzyskania energii kinetycznej. Dlatego, mimo że pole elektryczne nie może zatrzymać losowego ruchu elektronów w przewodniku, generuje to netto dryf elektronów w kierunku dodatniego terminala.
W prostych słowach, zastosowane pole elektryczne powoduje, że elektrony dryfują w kierunku dodatniego terminala, dając im średnią prędkość dryfu. Gdy intensywność pola elektrycznego wzrasta, elektrony przyspieszają szybciej w kierunku dodatniego potencjału po każdym zderzeniu. W konsekwencji, elektrony zdobywają większą średnią prędkość dryfu w kierunku dodatniego potencjału, czyli w kierunku przeciwnym do zastosowanego pola elektrycznego.
Tutaj, jeśli ν reprezentuje prędkość dryfu, a E symbolizuje zastosowane pole elektryczne, mobilność elektronów, oznaczona przez μe, może być zrozumiana jako stosunek ν do E.
Gdzie μe oznacza mobilność elektronów.
Prędkość dryfu, prąd dryfu i mobilność elektronów: Animacja
Trwały przepływ elektronów, spowodowany prędkością dryfu, prowadzi do powstania tego, co nazywamy prądem dryfu.
Poprzez jasne zrozumienie i dalsze badania, można docenić powiązane pojęcia prędkości dryfu, prądu dryfu i mobilności elektronów za ich kluczowe role w świecie elektroniki i fizyki.
Prąd spowodowany stałym przepływem elektronów z powodu prędkości dryfu nazywany jest prądem dryfu.
Źródło: Electrical4u
Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są wart udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.
