Sürüklenme hızı - Drift velocity

Olarak fizik , bir sürüklenme hızı olan ortalama hızı gibi yüklü parçacıkların ile elde edilen elektron bağlı bir bir malzeme içinde, elektrik alanı . Genel olarak, bir iletkendeki elektron , Fermi hızında rastgele yayılır ve ortalama hız sıfır olur. Bir elektrik alanı uygulamak, bu rastgele harekete bir yönde küçük bir net akış ekler; bu sürüklenme.

Elektronların sürüklenme hızı

Sürüklenme hızı akımla orantılıdır . Bir olarak dirençli bir malzemeden, aynı zamanda, bir dış elektrik alanın büyüklüğü ile orantılıdır. Böylece Ohm yasası sürüklenme hızı cinsinden açıklanabilir. Kanunun en temel ifadesi şudur:

nerede u sürüklenme hızı ise, μ malzemenin olduğu elektron hareketliliği ve E ise elektrik alanı . Gelen MKS sistemi , bu miktarda birimleri m / s, m 2 / ( V sırasıyla · s) ve V / m,.

Bir iletken boyunca potansiyel bir fark uygulandığında, serbest elektronlar birbirini izleyen çarpışmalar arasında elektrik alanın tersi yönde hız kazanır (ve alan yönünde hareket ederken hız kaybeder), böylece bu yönde ek olarak bir hız bileşeni elde eder. rastgele termal hızı. Sonuç olarak, serbest elektronların rastgele hareketi üzerine bindirilmiş, belirli bir küçük elektron sürüklenme hızı vardır. Bu sürüklenme hızı nedeniyle, alanın yönünün tersine net bir elektron akışı vardır.

deneysel ölçü

Sabit kesit alanına sahip bir malzemede yük taşıyıcıların sürüklenme hızını değerlendirmek için formül şu şekilde verilir:

burada u elektron sürüklenme hızı, j bir akım yoğunluğu malzeme içinden akan, N yük taşıyıcı olan sayı yoğunluğu ve q bir yük yük taşıyıcı üzerinde.

Bu şu şekilde de yazılabilir:

Ancak mevcut yoğunluk ve sürüklenme hızı, j ve u aslında vektörlerdir, dolayısıyla bu ilişki genellikle şu şekilde yazılır:

nerede

bir yük yoğunluğu (: başına coulomb SI birim metre küp ).

Yük taşıyıcıları elektron olan sağ silindirik akım taşıyan metalik omik iletkenin temel özellikleri açısından bu ifade şu şekilde yeniden yazılabilir:

nerede

Sayısal örnek

Elektrik en yaygın olarak bakır teller aracılığıyla iletilir. Bakırın yoğunluğu vardır8.94 g / cc 3 ve bir atom ağırlığı arasında63.546 g/mol , yani140 685 .5 mol / m 3 . Herhangi bir elementin bir molünde ,6.022 × 10 23 atom ( Avogadro sayısı ). Bu nedenle,1 m 3 bakır, yaklaşık8.5 × 10 28 atom (6.022 × 10 23 ×140 685 .5 mol / m 3 ). Bakırın atom başına bir serbest elektronu vardır, bu nedenle n eşittirMetreküp başına 8.5 × 10 28 elektron.

I = 1 amperlik bir akım ve2 mm çap (yarıçap =0,001 m ). Bu telin kesit alanı A π × (0,001 m ) 2 =3,14 × 10 −6  m 2 =3.14 mm 2 . Bir yük elektron olduğu q =−1.6 × 10 −19  C . Sürüklenme hızı bu nedenle hesaplanabilir:

Boyut analizi :

Bu nedenle, bu telde elektronlar, 23 μm/s . 60  Hz alternatif akımda bu, yarım döngü içinde elektronların 0,2 μm'den daha az sürüklendiği anlamına gelir. Başka bir deyişle, bir anahtardaki kontak noktasından geçen elektronlar aslında anahtardan asla ayrılmazlar.

Karşılaştırıldığında, bu elektronların (oda sıcaklığında, elektrik akımının yokluğunda yaklaşık hızları olarak düşünülebilir) Fermi akış hızı yaklaşık 1570 km/s .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar