Minden anyag atomokból áll, amelyek viszont negatív töltésű elektronokból állnak. Ezek a negatív töltésű elektronok véletlenszerű irányokban mozognak az atomon belül. Az elektronok ezen mozgása generálódik elektromosság . De véletlenszerű mozgásuk miatt az elektronok átlagos sebessége egy anyagban nulla lesz. Megfigyelték, hogy amikor potenciálkülönbséget alkalmaznak egy anyag végeire, az anyagban jelen lévő elektronok bizonyos sebességet nyernek, ami kis nettó áramlást okoz egy irányban. Ezt a sebességet, amely az elektronokat egy bizonyos irányban mozgatja, sodródási sebességnek nevezzük.
Mi az a sodródási sebesség?
A véletlenszerűen mozgó elektronok által elért átlagos sebességet, amikor a külső elektromos mezőt alkalmazzák, ami az elektronok egyik irányba mozog, sodródási sebességnek nevezzük.
Minden vezető anyag szabad, véletlenszerűen mozgó elektronokat tartalmaz az abszolút nulla feletti hőmérsékleten. Ha a külső elektromos teret az anyag körül alkalmazzuk, az elektronok elérik a sebességet, és a pozitív irány felé mozognak, és az elektronok nettó sebessége egy irányú lesz. Az elektron az alkalmazott elektromos tér irányába mozog. Az elektron itt nem adja fel a mozgás véletlenszerűségét, hanem véletlenszerű mozgásával elmozdul a magasabb potenciál felé.
Az elektronoknak a nagyobb potenciál felé történő elmozdulása által létrehozott áramot sodródási áramnak nevezzük. Így azt mondhatjuk, hogy minden vezető anyagban előállított áram sodródó áram.
Drift Sebesség Származtatás
Levezetni a kifejezés a sodródási sebességre , ismerni kell annak kapcsolatát az elektronok mobilitásával és az alkalmazott külső elektromos tér hatásával. Az elektron mobilitását úgy definiálják, mint az egységnyi elektromos tér Drift sebességét. Az elektromos tér arányos az árammal. Így a Ohm törvénye úgy írható
F = -μE .—— (1)
ahol μ az elektron m-ként mért mobilitásakét/ V.sec
E az elektromos tér, V / m-ben mérve
tudjuk, hogy F = ma, az (1) helyettesítője
a = F / m = -μE / m ———- (2)
végsebesség u = v + at
Itt v = 0, t = T, amely az elektron relaxációs ideje
Ezért u = aT, helyettesítse (2)
∴ u = - (μE / m) T
Itt u a sodródás sebessége, m / s-ban mérve.
Ez adja meg a végső kifejezést. A IGEN a sodródási sebesség mértéke m / s vagy mkét/(V.s) & V / m
Drift Velocity Formula
Ezt a képletet használják a az elektronok sodródási sebessége áramot vezető vezetékben. Ha az n sűrűségű és Q töltésű elektronok miatt az „I” áram átfolyik egy A keresztmetszetű terület vezetőjén, akkor a v sodródási sebesség az I = nAvQ képlettel számítható ki.
Az alkalmazott külső elektromos tér intenzitásának növekedése az elektronok gyorsabb gyorsulását eredményezi a pozitív irány felé, szemben az alkalmazott elektromos tér irányával.
A sodródási sebesség és az elektromos áram kapcsolata
Minden vezető véletlenszerűen mozgó szabad elektronokat tartalmaz. Az elektronok egy irányú elmozdulása, amelyet a sodródási sebesség okoz, áramot generál. Az elektron sodródási sebessége nagyon kicsi, általában 10-et-1Kisasszony. Ennél a sebességnél tehát egy elektron általában 17 percet vesz igénybe, hogy áthaladjon egy méter hosszú vezetőn.
az elektronok sodródási sebessége
Ez azt jelenti, hogy ha bekapcsolunk egy villanykörtét, akkor annak 17 perc után be kell kapcsolnia. De villanysebességgel bekapcsolhatjuk otthonunk villanykörtejét egy kapcsoló megnyomásával. Az elektromos áram sebessége ugyanis nem függ az elektron sodródási sebességétől.
Az elektromos áram fénysebességgel mozog. Ez nem állapítható meg az anyagban lévő elektronok sodródási sebességével. Így anyagában változhat, de az elektromos áram sebességét mindig a fénysebesség alapján határozzák meg.
Az aktuális sűrűség és a sodródási sebesség kapcsolata
Az áramsűrűség az áram egységnyi idő alatt áthaladó áramának teljes mennyisége a vezető keresztmetszeti területének egységén keresztül. A sodródási sebesség képletéből az áramot így adjuk meg
I = nAvQ
így a keresztmetszeti terület és a sodródási sebesség megadásakor a J áramsűrűség kiszámítható
J = I / A = nvQ
ahol v az elektronok sodródási sebessége. Az áramsűrűséget amperenként négyzetméterenként mérjük. Így a képlet alapján elmondható, hogy a vezető elektronjainak sodródási sebessége és áramsűrűsége egyenesen arányos egymással. Ahogy a sodródás sebessége növekszik az elektromos tér intenzitásának növekedésével, a keresztmetszeti területenként áthaladó áram is növekszik.
Az Remelkedés a sodródási sebesség és a relaxációs idő között
Egy vezetőben az elektronok véletlenszerűen mozognak gázmolekulaként. E mozgás során ütköznek egymással. Az elektron relaxációs ideje az az idő, amelyre az elektronnak szüksége van, hogy az ütközés után visszatérjen a kezdeti egyensúlyi értékéhez. Ez a relaxációs idő egyenesen arányos az alkalmazott külső elektromos térerővel. Nagyobb az elektromos tér ideje, annál több idő szükséges az elektronok számára ahhoz, hogy a mező eltávolítása után a kezdeti egyensúlyhoz jussanak.
A relaxációs idő az az idő is, amely alatt az elektron szabadon mozoghat egymást követő ütközések során más ionokkal.
Amikor az alkalmazott elektromos tér miatti erő eE, akkor V-t megadhatjuk
V = (eE / m) T
ahol T az elektronok relaxációs ideje.
Drift Velocity Expression
Amikor az mobilitás A töltéshordozók μ-ja és az alkalmazott elektromos E térerőssége meg van adva, akkor Ohm-törvény a sodródási sebesség szempontjából kifejezhető:
V = μE
Az elektron mobilitásának S.I egységei mkét/ V-s.
Az E elektromos mező S.I egységei V / m.
Így a v v S.I egysége m / s. Ezt az S.I egységet axiális sodródási sebességnek is nevezik.
Így a vezetőben jelen lévő elektronok véletlenszerűen mozognak, még akkor is, ha külső elektromos mező nincs kifejtve. De az általuk előállított nettó sebesség véletlenszerű ütközések miatt törlődik, így a nettó áram nulla lesz. Így az elektromos áram, az áramsűrűség és a sodródási sebesség közötti összefüggés elősegíti az elektromos áram megfelelő áramlását a hálózaton keresztül sofőr . Mi az a Drift áram?
