Každý materiál je tvořen atomy, které jsou zase složeny ze záporně nabitých elektronů. Tyto záporně nabité elektrony se v atomu pohybují v náhodných směrech. Tento pohyb elektronů se generuje elektřina . Ale díky jejich náhodnému pohybu se průměrná rychlost elektronů v materiálu stává nulovou. Bylo pozorováno, že když je rozdíl potenciálů aplikován na konce materiálu, elektrony přítomné v materiálu získají určitou rychlost, která způsobí malý čistý tok v jednom směru. Tato rychlost, která způsobuje, že se elektrony pohybují určitým směrem, se nazývá Drift Velocity.
Co je rychlost driftu?
Průměrná rychlost dosažená náhodnými pohybujícími se elektrony při použití vnějšího elektrického pole, která způsobí pohyb elektronů směrem k jednomu směru, se nazývá Drift Velocity.
Každý materiál vodiče obsahuje volné, náhodně se pohybující elektrony při teplotě nad absolutní nulou. Když je vnější elektrické pole aplikováno kolem materiálu, elektrony dosahují rychlosti a mají tendenci se pohybovat směrem k pozitivnímu směru a čistá rychlost elektronů bude v jednom směru. Elektron se bude pohybovat ve směru aplikovaného elektrického pole. Zde se elektron nevzdává své náhodnosti pohybu, ale svým náhodným pohybem se posune k vyššímu potenciálu.
Proud produkovaný tímto pohybem elektronů směrem k vyššímu potenciálu se nazývá Driftový proud. Dá se tedy říci, že každý proud produkovaný v materiálu vodiče je driftový proud.
Rychlost driftu Derivace
Odvodit výraz pro rychlost driftu je třeba znát jeho vztah s mobilitou elektronů a účinkem aplikovaného vnějšího elektrického pole. Mobilita elektronu je definována jako Drift Velocity pro jednotkové elektrické pole. Elektrické pole je úměrné proudu. Tak Ohmův zákon lze psát jako
F = -μE .—— (1)
kde μ je pohyblivost elektronu měřená jako mdva/ V.sec
E je elektrické pole měřené jako V / m
víme, že F = ma, dosadíme do (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
konečná rychlost u = v + at
Zde v = 0, t = T, což je relaxační doba elektronu
Proto u = aT, dosaďte v (2)
∴ u = - (μE / m) T
Zde u je rychlost driftu, měřená jako m / s.
To dává konečný výraz. The ANO jednotka rychlosti driftu je m / s nebo mdva/(V.s) & V / m
Vzorec rychlosti driftu
Tento vzorec se používá k nalezení rychlost driftu elektronů ve vodiči nesoucím proud. Když elektrony s hustotou n a nábojem Q způsobí protékání proudu „I“ vodičem o průřezu A, lze rychlost driftu v vypočítat pomocí vzorce I = nAvQ.
Zvýšení intenzity aplikovaného vnějšího elektrického pole způsobí, že elektrony zrychlí rychleji směrem k pozitivnímu směru, opačně ke směru aplikovaného elektrického pole.
Vztah mezi rychlostí driftu a elektrickým proudem
Každý vodič obsahuje náhodně se pohybující volné elektrony. Pohyb elektronů v jednom směru způsobený Driftovou rychlostí generuje proud. Rychlost driftu elektronu je obvykle velmi malá, pokud jde o 10-1slečna. S tímto množstvím rychlosti tedy bude trvat elektron obvykle 17 minut, než projde vodičem o délce jednoho metru.
rychlost driftu elektronů
To znamená, že pokud zapneme žárovku, měla by se rozsvítit po 17 minutách. Žárovku v našem domě však můžeme zapnout bleskovou rychlostí pouhým stisknutím vypínače. Je to proto, že rychlost elektrického proudu nezávisí na rychlosti driftu elektronu.
Elektrický proud se pohybuje rychlostí světla. Není stanoveno s rychlostí driftu elektronů v materiálu. Může se tedy lišit v materiálu, ale rychlost elektrického proudu se vždy stanovovala na rychlosti světla.
Vztah mezi proudovou hustotou a rychlostí driftu
Hustota proudu je definována jako celkové množství proudu procházejícího za jednotku času průchodem na jednotku průřezu vodiče. Ze vzorce rychlosti driftu je proud dán jako
I = nAvQ
takže hustotu proudu J, když je uvedena plocha průřezu a rychlost driftu, lze vypočítat jako
J = I / A = nvQ
kde v je driftová rychlost elektronů. Hustota proudu se měří v ampérech na metr čtvereční. Z vzorce tedy lze říci, že Driftová rychlost elektronů vodiče a jeho proudová hustota jsou navzájem přímo úměrné. Jak se rychlost driftu zvyšuje se zvyšováním intenzity elektrického pole, zvyšuje se také proud protékající jednou plochou průřezu.
Relace mezi rychlostí driftu a dobou relaxace
Ve vodiči se elektrony pohybují náhodně jako molekuly plynu. Během tohoto pohybu se navzájem srazí. Relaxační doba elektronu je doba, kterou elektron potřebuje k tomu, aby se po srážce vrátil do své původní rovnovážné hodnoty. Tato relaxační doba je přímo úměrná použité síle externího elektrického pole. Čím větší je čas elektrického pole, tím více času potřebují elektrony k dosažení počáteční rovnováhy po odstranění pole.
Relaxační čas je také definován jako čas, za který se elektron může volně pohybovat mezi následnými srážkami s jinými ionty.
Když je síla způsobená aplikovaným elektrickým polem eE, pak V může být dáno jako
V = (eE / m) T
kde T je relaxační doba elektronů.
Vyjádření rychlosti driftu
Když mobilita Jsou uvedeny μ nosičů náboje a síla aplikovaného elektrického pole E, pak lze Ohmův zákon z hlediska rychlosti driftu vyjádřit jako
V = μE
Jednotky S.I pro mobilitu elektronů jsou mdva/ V-s.
Jednotky S.I elektrického pole E jsou V / m.
Jednotka S.I pro v je tedy m / s. Tato jednotka SI je známá také jako Axial Drift Velocity.
Elektrony přítomné ve vodiči se tedy pohybují náhodně, i když není použito žádné vnější elektrické pole. Ale čistá rychlost, kterou produkují, se zruší kvůli náhodným srážkám, takže čistý proud bude nulový. Vztah mezi elektrickým proudem, hustotou proudu a rychlostí driftu tedy napomáhá správnému toku elektrického proudu přes Řidič . Co je to Driftový proud?
