Kiekviena medžiaga susideda iš atomų, kurie savo ruožtu susideda iš neigiamai įkrautų elektronų. Šie neigiamai įkrauti elektronai atomo viduje juda atsitiktinėmis kryptimis. Šis elektronų judėjimas generuoja elektros . Bet dėl jų atsitiktinio judėjimo vidutinis elektronų greitis medžiagoje tampa lygus nuliui. Pastebėta, kad pritaikius potencialų skirtumą medžiagos galams, medžiagoje esantys elektronai įgyja tam tikrą greitį, dėl kurio viena kryptimi susidaro nedidelis grynasis srautas. Šis greitis, dėl kurio elektronai juda tam tikra kryptimi, vadinamas dreifuojančiu greičiu.
Kas yra dreifuojantis greitis?
Vidutinis greitis, kurį atsitiktinai judantys elektronai pasiekia, kai taikomas išorinis elektrinis laukas, dėl kurio elektronai juda viena kryptimi, vadinamas dreifuojančiu greičiu.
Kiekvienoje laidininko medžiagoje yra laisvų, atsitiktinai judančių elektronų, kurių temperatūra viršija absoliutųjį nulį. Kai išorinis elektrinis laukas veikia aplink medžiagą, elektronai pasiekia greitį ir linkę judėti teigiamos krypties link, o grynasis elektronų greitis bus viena kryptimi. Elektronas judės taikomo elektrinio lauko kryptimi. Čia elektronas neatsisako savo judesio atsitiktinumo, bet atsitiktiniu judesiu pasislenka link aukštesnio potencialo.
Srovė, kurią sukelia šis elektronų judėjimas link didesnio potencialo, vadinama dreifuojančia srove. Taigi galima sakyti, kad kiekviena laidininko medžiagoje sukurta srovė yra dreifuojanti srovė.
Dreifuojantis greitis Išvedimas
Išvesti dreifo greičio išraiška , reikia žinoti jo ryšį su elektronų judrumu ir išorinio elektrinio lauko poveikį. Elektrono judrumas apibrėžiamas kaip vieneto elektrinio lauko dreifo greitis. Elektrinis laukas yra proporcingas srovei. Taigi Ohmo įstatymas galima rašyti kaip
F = -μE .—— (1)
kur μ yra elektrono judrumas, matuojamas kaip mdu/ V.sek
E yra elektrinis laukas, matuojamas kaip V / m
mes žinome, kad F = ma, pakeiskite (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
galutinis greitis u = v + at
Čia v = 0, t = T, kuris yra elektrono atsipalaidavimo laikas
Todėl u = aT, pakeiskite (2)
∴ u = - (μE / m) T
Čia u yra dreifo greitis, matuojamas kaip m / s.
Tai suteikia galutinę išraišką. The TAIP dreifo greičio vienetas yra m / s arba mdu/(V.s) & V / m
Dreifuojančio greičio formulė
Ši formulė naudojama norint rasti elektronų dreifo greitis srovės laidininke. Kai elektronai, kurių tankis n ir krūvis Q, priverčia srovę „I“ tekėti skerspjūvio ploto A laidininku, dreifo greitį v galima apskaičiuoti pagal formulę I = nAvQ.
Padidėjus pritaikyto išorinio elektrinio lauko intensyvumui, elektronai greičiau įsibėgėja teigiamos krypties link, priešingai nei taikoma elektrinio lauko kryptis.
Dreifuojančio greičio ir elektros srovės ryšys
Kiekviename laidininke yra atsitiktinai judantys laisvieji elektronai. Elektronų judėjimas viena kryptimi, kurį sukelia dreifo greitis, sukuria srovę. Elektrono dreifo greitis paprastai yra labai mažas, kalbant apie 10-1m / s. Taigi, esant tokiam greičiui, elektronui praeiti per vieno metro ilgio laidininką paprastai prireiks 17 minučių.
elektronų dreifo greitis
Tai reiškia, kad jei įjungsime elektros lemputę, ji turėtų įsijungti po 17 minučių. Bet elektrinę lemputę savo namuose galime įjungti žaibišku spustelėjimu. Taip yra todėl, kad elektros srovės greitis nepriklauso nuo elektrono dreifo greičio.
Elektros srovė juda šviesos greičiu. Jis nenustatytas atsižvelgiant į elektronų dreifo greitį medžiagoje. Taigi tai gali skirtis pagal medžiagą, tačiau elektros srovės greitis visada nustatomas atsižvelgiant į šviesos greitį.
Dabartinio tankio ir dreifo greičio santykis
Srovės tankis apibrėžiamas kaip bendras srovės kiekis, praeinantis per laiko vienetą per laidininko skerspjūvio ploto vienetą. Pagal dreifo greičio formulę srovė pateikiama kaip
Aš = nAvQ
Taigi, srovės tankį J, kai pateikiamas skerspjūvio plotas ir dreifo greitis, galima apskaičiuoti taip
J = I / A = nvQ
kur v yra elektronų dreifo greitis. Srovės tankis matuojamas amperais kvadratiniam metrui. Taigi iš formulės galima sakyti, kad laidininko elektronų dreifo greitis ir jo srovės tankis yra tiesiogiai proporcingi vienas kitam. Kai dreifo greitis didėja didėjant elektrinio lauko intensyvumui, didėja ir srovė, tekanti per skerspjūvio plotą.
Rpakilimas tarp dreifuojančio greičio ir atsipalaidavimo laiko
Laidininke elektronai atsitiktinai juda kaip dujų molekulės. Šio judesio metu jie susiduria tarpusavyje. Elektrono atsipalaidavimo laikas yra laikas, kurio elektronui reikia po susidūrimo grįžti į pradinę pusiausvyros vertę. Šis atsipalaidavimo laikas yra tiesiogiai proporcingas taikomam išorinio elektrinio lauko stiprumui. Kuo didesnis elektrinio lauko laikas, tuo daugiau laiko elektronams reikia, kad jie pasiektų pradinę pusiausvyrą po lauko pašalinimo.
Relaksacijos laikas taip pat apibrėžiamas kaip laikas, per kurį elektronas gali laisvai judėti tarp nuoseklių susidūrimų su kitais jonais.
Kai jėga dėl veikiamo elektrinio lauko yra eE, tada V galima pateikti kaip
V = (eE / m) T
kur T yra elektronų atsipalaidavimo laikas.
Dreifuojančio greičio išraiška
Kai mobilumas Pateikiami μ krūvininkų ir pritaikyto elektrinio lauko stipris E, tada Ohmo dėsnį dreifo greičiu galima išreikšti kaip
V = μE
S.I elektrono judrumo vienetai yra mdu/ V-s.
S.I elektrinio lauko E vienetai yra V / m.
Taigi S.I vienetas v yra m / s. Šis S.I įrenginys taip pat žinomas kaip ašinis dreifo greitis.
Taigi, laidininke esantys elektronai juda atsitiktinai, net kai netaikomas išorinis elektrinis laukas. Bet jų sukurtas grynasis greitis atšaukiamas dėl atsitiktinių susidūrimų, taigi grynoji srovė bus lygi nuliui. Taigi santykis tarp elektros srovės, srovės tankio ir dreifo greičio padeda tinkamai atlikti elektros srovę per vairuotojas . Kas yra „Drift“ srovė?
