Что такое дрейфовая скорость?

Дрейфовая скорость определяется как чистая скорость частицы, которая подвергается случайным изменениям направления и скорости. Этот концепт обычно ассоциируется с свободными электронами, движущимися внутри проводника. Представьте себе, что эти свободные электроны проходят через проводник со случайными скоростями и в случайных направлениях. Когда электрическое поле прикладывается к проводнику, хаотично движущиеся электроны сталкиваются с электрической силой, направленной вдоль поля.

Однако, это приложенное поле не устраняет случайный характер движения электронов. Вместо этого оно заставляет их двигаться к области с более высоким потенциалом, сохраняя при этом случайное движение. Следовательно, электроны дрейфуют к концу проводника с более высоким потенциалом, одновременно сохраняя свое случайное движение.

Это приводит к тому, что каждый электрон приобретает чистую скорость, направленную к концу проводника с высоким потенциалом, что называется дрейфовой скоростью электронов.

Следующий электрический ток, вызванный этим дрейфом электронов внутри электрически нагруженного проводника, называется дрейфовым током. Стоит отметить, что любой электрический ток по сути является дрейфовым током.

Связь между дрейфовой скоростью и подвижностью электронов

Рассмотрим любой проводящий материал, такой как металл, при комнатной температуре. Он всегда содержит некоторые свободные электроны. Более научно, вещество, если оно проводящее, должно содержать хотя бы несколько свободных электронов при любой температуре выше абсолютного нуля.

Эти свободные электроны внутри проводника перемещаются случайным образом, часто сталкиваясь с большими атомами и изменяя направление своего движения.

Когда к проводнику прилагается постоянное электрическое поле, электроны начинают двигаться к положительному выводу приложенного электрического потенциала, который обычно называют напряжением. Однако, это движение электронов не происходит по прямой линии.

Пока электроны движутся к положительному потенциалу, они постоянно сталкиваются с атомами и отклоняются случайным образом. Каждое столкновение приводит к потере некоторой части их кинетической энергии, которую они восстанавливают благодаря влиянию электрического поля, снова ускоряясь к положительному потенциалу.

Дальнейшие столкновения приводят к аналогичной потере и последующему восстановлению кинетической энергии. Таким образом, хотя приложенное электрическое поле не может остановить случайное движение электронов внутри проводника, оно создает чистый дрейф электронов к положительному выводу.

Проще говоря, приложенное электрическое поле заставляет электроны дрейфовать к положительному выводу, давая им среднюю дрейфовую скорость. По мере увеличения интенсивности электрического поля, электроны ускоряются быстрее к положительному потенциалу после каждого столкновения. В результате, электроны приобретают большую среднюю дрейфовую скорость к положительному потенциалу, или в направлении, противоположном приложенному электрическому полю.

Здесь, если ν обозначает дрейфовую скорость, а E — приложенное электрическое поле, подвижность электронов, обозначенная μe, можно понять как отношение ν к E.

Где μe называется подвижностью электронов.

Дрейфовая скорость, дрейфовый ток и подвижность электронов: Анимация

Постоянный поток электронов, вызванный дрейфовой скоростью, приводит к образованию того, что известно как дрейфовый ток.

Через ясное понимание и дальнейшее исследование, взаимосвязанные концепции дрейфовой скорости, дрейфового тока и подвижности электронов могут быть оценены за их критические роли в мире электроники и физики.

Ток, вызванный постоянным потоком электронов из-за дрейфовой скорости, называется дрейфовым током.

Источник: Electrical4u

Заявление: Уважайте авторское право, хорошие статьи стоят делиться, если есть нарушение права обращайтесь для удаления.