Що таке дрейфова швидкість?

Дрейфова швидкість визначається як загальна швидкість частинки, яка піддається випадковим змінам напрямку та швидкості. Цей концепт зазвичай пов'язаний зі свободними електронами, що рухаються всередині провідника. Уявіть ці свободні електрони, які пересуваються через провідник з довільними швидкостями і випадковими напрямками. Коли електричне поле прикладається до провідника, хаотично рухаючіся електрони зустрічають електричну силу, спрямовану за напрямком поля.

Проте, це прикладене поле не обмежує випадковий характер руху електронів. Замість цього, воно примушує їх переміщатися до більш високого потенціалу, зберігаючи свої випадкові рухи. В результаті, електрони дрейфують до кінця провідника з більшим потенціалом разом зі своїми випадковими рухами.

Це призводить до того, що кожен електрон набуває загальної швидкості у напрямку високого потенціалу провідника, що називається дрейфовою швидкістю електронів.

Виникаючий електричний струм, викликаний цим дрейфом електронів всередині електрично напружного провідника, називається дрейфовим струмом. Слід зазначити, що кожен електричний струм є фундаментально дрейфовим струмом.

Зв'язок між дрейфовою швидкістю та подвижністю електронів

Розгляньте будь-який провідний матеріал, такий як метал, при кімнатній температурі. Він завжди містить деяку кількість свободних електронів. Більш науково, речовина, якщо вона провідна, має містити хоча б кілька свободних електронів при будь-якій температурі вище абсолютного нуля.

Ці свободні електрони всередині провідника навігаються випадково, часто зіткуючись з більшими атомами та змінюючи напрямок свого руху.

Коли до провідника прикладається постійне електричне поле, електрони починають переміщатися до позитивного терміналу прикладеної електричної потенціальної різниці, відомої як напруга. Проте, рух електронів не є прямолінійним.

При переміщенні електронів до позитивного потенціалу, вони постійно зіткуються з атомами та випадково відхиляються. Кожне зіткнення призводить до втрати частина їх кінетичної енергії, яку вони повертають завдяки впливу електричного поля, повторно прискорюючись до позитивного потенціалу.

Додаткові зіткнення призводять до подібної втрати та наступного повернення кінетичної енергії. Тому, хоча прикладене електричне поле не може зупинити випадковий рух електронів всередині провідника, воно все ж генерує загальний дрейф електронів до позитивного терміналу.

Більш простими словами, прикладене електричне поле призводить до дрейфу електронів до позитивного терміналу, надаючи їм середню дрейфову швидкість. При збільшенні інтенсивності електричного поля, електрони прискорюються швидше до позитивного потенціалу після кожного зіткнення. В результаті, електрони отримують більшу середню дрейфову швидкість до позитивного потенціалу, або в напрямку, протилежному прикладеному електричному полю.

Тут, якщо ν представляє дрейфову швидкість, а E символізує прикладене електричне поле, подвижність електронів, позначена μe, може бути розуміна як відношення ν до E.

Тут μe відома як подвижність електронів.

Дрейфова швидкість, дрейфовий струм та подвижність електронів: анімація

Постійний потік електронів, викликаний дрейфовою швидкістю, призводить до формування того, що відомо як дрейфовий струм.

Через чітке розуміння та подальше дослідження, взаємозв'язані концепції дрейфової швидкості, дрейфового струму та подвижності електронів можуть бути оцінені за їх критичні ролі в світі електроніки та фізики.

Струм, викликаний постійним потоком електронів через дрейфову швидкість, називається дрейфовим струмом.

Джерело: Electrical4u

Заява: Поважайте оригінал, добрих статей варто поділитися, якщо є порушення прав авторства, зв'яжіться для видалення.