Katrs materiāls sastāv no atomiem, kurus savukārt veido negatīvi lādēti elektroni. Šie negatīvi lādētie elektroni atomā pārvietojas nejaušos virzienos. Šī elektronu kustība rada elektrība . Bet to nejaušās kustības dēļ vidējais elektronu ātrums materiālā kļūst nulle. Tika novērots, ka, ja materiāla galiem tiek piemērota potenciāla starpība, materiālā esošie elektroni iegūst noteiktu ātruma daudzumu, kas vienā virzienā rada nelielu neto plūsmu. Šis ātrums, kas liek elektroniem pārvietoties noteiktā virzienā, ir pazīstams kā drift ātrums.
Kas ir drift ātrums?
Vidējo ātrumu, ko sasniedz nejauši kustīgi elektroni, kad tiek pielietots ārējais elektriskais lauks, kura dēļ elektroni pārvietojas vienā virzienā, sauc par novirzes ātrumu.
Katrā vadītāja materiālā ir brīvi, nejauši kustīgi elektroni temperatūrā, kas pārsniedz absolūto nulli. Lietojot ārējo elektrisko lauku ap materiālu, elektroni sasniedz ātrumu un mēdz virzīties pozitīvā virzienā, un elektronu neto ātrums būs vienā virzienā. Elektrons pārvietosies pielietotā elektriskā lauka virzienā. Šeit elektrons neatsakās no kustības nejaušības, bet ar savu nejaušo kustību virzās uz augstāku potenciālu.
Strāvu, ko rada šī elektronu kustība uz lielāku potenciālu, sauc par drift strāvu. Tādējādi var teikt, ka katra strāva, kas tiek ražota vadītāja materiālā, ir dreifējošā strāva.
Dreifējošais ātrums Atvasinājums
Lai atvasinātu izteiksmes ātruma izteiksme , ir jāzina tā saistība ar elektronu mobilitāti un pielietotā ārējā elektriskā lauka ietekmi. Elektrona mobilitāte tiek definēta kā vienuma elektriskā lauka novirzes ātrums. Elektriskais lauks ir proporcionāls strāvai. Tādējādi Ohma likums var rakstīt kā
F = -μE .—— (1)
kur μ ir elektrona mobilitāte, ko mēra kā mdivi/ V.sek
E ir elektriskais lauks, ko mēra kā V / m
mēs zinām, ka F = ma, aizstāj (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
galīgais ātrums u = v + pie
Šeit v = 0, t = T, kas ir elektrona relaksācijas laiks
Tāpēc u = aT, aizstāj (2)
∴ u = - (μE / m) T
Šeit u ir novirzes ātrums, ko mēra kā m / s.
Tas dod galīgo izteicienu. The JĀ dreifēšanas ātruma vienība ir m / s vai mdivi/(V.s) & V / m
Dreifējošā ātruma formula
Šo formulu izmanto, lai atrastu elektronu dreifēšanas ātrums strāvu vadošā vadītājā. Kad elektroni ar blīvumu n un lādiņu Q liek strāvai ‘I’ plūst caur šķērsgriezuma laukuma A vadītāju, novirzes ātrumu v var aprēķināt, izmantojot formulu I = nAvQ.
Pielietotā ārējā elektriskā lauka intensitātes palielināšanās liek elektroniem straujāk paātrināties pozitīvā virzienā, pretēji pielietotā elektriskā lauka virzienam.
Dreifējošā ātruma un elektriskās strāvas saistība
Katrā vadītājā ir nejauši pārvietoti brīvie elektroni. Elektronu kustība vienā virzienā, ko izraisa Drift ātrums, rada strāvu. Elektrona dreifēšanas ātrums parasti ir ļoti mazs 10 izteiksmē-1jaunkundze. Tādējādi ar šo ātruma lielumu elektronam būs vajadzīgas 17 minūtes, lai izietu caur vienu metru garu vadītāju.
elektronu dreifēšanas ātrums
Tas nozīmē, ka, ieslēdzot elektrisko spuldzi, tai vajadzētu ieslēgties pēc 17 minūtēm. Bet mēs varam ieslēgt elektrisko spuldzi mūsu mājās ar zibens ātrumu, nospiežot slēdzi. Tas ir tāpēc, ka elektriskās strāvas ātrums nav atkarīgs no elektrona dreifēšanas ātruma.
Elektriskā strāva pārvietojas ar gaismas ātrumu. Tas nav noteikts ar materiālu elektronu dreifēšanas ātrumu. Tādējādi tas var atšķirties pēc materiāla, bet elektriskās strāvas ātrums vienmēr tiek noteikts atkarībā no gaismas ātruma.
Attiecība starp pašreizējo blīvumu un novirzes ātrumu
Strāvas blīvums ir definēts kā kopējais strāvas daudzums, kas laika vienībā iet caur vadītāja šķērsgriezuma laukuma vienību. No dreifēšanas ātruma formulas strāva tiek dota kā
I = nAvQ
strāvas blīvumu J, kad tiek dots šķērsgriezuma laukums un dreifēšanas ātrums, var aprēķināt kā
J = I / A = nvQ
kur v ir elektronu dreifēšanas ātrums. Strāvas blīvumu mēra ampēros uz kvadrātmetru. Tādējādi pēc formulas var teikt, ka vadītāja elektronu novirzes ātrums un tā strāvas blīvums ir tieši proporcionāls viens otram. Tā kā Drift ātrums palielinās, palielinoties elektriskā lauka intensitātei, palielinās arī caur šķērsgriezuma laukumu plūstošā strāva.
Rpacēlums starp drift ātrumu un relaksācijas laiku
Vadītājā elektroni nejauši pārvietojas kā gāzes molekulas. Šīs kustības laikā viņi saduras viens ar otru. Elektrona relaksācijas laiks ir laiks, kas elektronam nepieciešams, lai pēc sadursmes atgrieztos sākotnējā līdzsvara vērtībā. Šis relaksācijas laiks ir tieši proporcionāls pielietotajam ārējā elektriskā lauka stiprumam. Lielāks elektriskā lauka laiks, jo vairāk laika, kas vajadzīgs elektroniem, lai sasniegtu sākotnējo līdzsvaru pēc lauka noņemšanas.
Relaksācijas laiku definē arī kā laiku, kurā elektrons var brīvi pārvietoties starp secīgām sadursmēm ar citiem joniem.
Kad pielietotā elektriskā lauka spēks ir eE, tad V var norādīt kā
V = (eE / m) T
kur T ir elektronu relaksācijas laiks.
Dreifējošā ātruma izpausme
Kad mobilitāte Tiek doti μ lādiņu nesēji un pielietotā elektriskā lauka E stiprums, tad Ohma likumu dreifēšanas ātruma izteiksmē var izteikt kā
V = μE
S.I vienības elektronu mobilitātei ir mdivi/ V-s.
S.I elektriskā lauka E vienības ir V / m.
Tādējādi S.I vienība v ir m / s. Šī S.I vienība ir pazīstama arī kā Axial Drift Velocity.
Tādējādi vadītājā esošie elektroni pārvietojas nejauši pat tad, ja netiek izmantots ārējs elektriskais lauks. Bet viņu radītais neto ātrums tiek atcelts nejaušu sadursmju dēļ, tāpēc neto strāva būs nulle. Tādējādi attiecības starp elektrisko strāvu, strāvas blīvumu un dreifēšanas ātrumu palīdz pareizai elektriskās strāvas plūsmai caur šoferis . Kas ir Drift strāva?
