Tots els materials estan formats per àtoms que al seu torn es componen d’electrons carregats negativament. Aquests electrons amb càrrega negativa es mouen en direccions aleatòries dins de l'àtom. Aquest moviment d’electrons genera electricitat . Però a causa del seu moviment aleatori, la velocitat mitjana dels electrons en un material es torna nul·la. Es va observar que quan s’aplica una diferència de potencial als extrems d’un material, els electrons presents en el material adquireixen una certa velocitat que provoca un petit flux net en una direcció. Aquesta velocitat que fa que els electrons es moguin en una determinada direcció es coneix com a Velocitat de deriva.
Què és una velocitat de deriva?
La velocitat mitjana assolida pels electrons en moviment aleatoris quan s’aplica el camp elèctric extern, que fa que els electrons es moguin cap a una direcció, s’anomena Velocitat de deriva.
Cada material conductor conté electrons lliures que es mouen a l’atzar a una temperatura superior al zero absolut. Quan s'aplica el camp elèctric extern al voltant del material, els electrons aconsegueixen velocitat i tendeixen a moure's cap a la direcció positiva, i la velocitat neta dels electrons serà en una direcció. L’electró es mourà en la direcció del camp elèctric aplicat. Aquí l’electró no renuncia a la seva aleatorietat de moviment, sinó que es desplaça cap a un potencial superior amb el seu moviment aleatori.
El corrent produït per aquest moviment d’electrons cap al potencial més alt s’anomena corrent de deriva. Així, es pot dir que cada corrent produït en un material conductor és un corrent de deriva.
Velocitat de deriva Derivació
Per derivar el expressió de velocitat de deriva , s'ha de conèixer la seva relació amb la mobilitat dels electrons i l'efecte del camp elèctric extern aplicat. La mobilitat d’un electró es defineix com la velocitat de deriva per a un camp elèctric unitari. El camp elèctric és proporcional al corrent. Així, el Llei d’Ohm es pot escriure com
F = -μE .—— (1)
on μ és la mobilitat de l’electró mesurada com m2/ V.seg
E és el camp elèctric mesurat en V / m
sabem que F = ma, substitueix a (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
velocitat final u = v + at
Aquí v = 0, t = T, que és el temps de relaxació de l’electró
Per tant, u = aT, substituïu per (2)
∴ u = - (μE / m) T
Aquí, u és la velocitat de deriva, mesurada com m / s.
Això dóna l’expressió final. El SI unitat de velocitat de deriva és m / s o m2/(V.s) i V / m
Drift Velocity Formula
Aquesta fórmula s’utilitza per trobar el fitxer velocitat de deriva dels electrons en un conductor que transporta corrent. Quan els electrons amb densitat n i càrrega Q fan que un corrent ‘I’ flueixi a través d’un conductor d’àrea de secció transversal A, la velocitat de deriva v es pot calcular mitjançant la fórmula I = nAvQ.
Un augment de la intensitat del camp elèctric extern aplicat fa que els electrons accelerin més ràpidament cap a una direcció positiva, oposada a la direcció del camp elèctric aplicat.
La relació entre la velocitat de deriva i el corrent elèctric
Cada conductor conté electrons lliures que es mouen aleatòriament. El moviment dels electrons en una direcció provocat per la velocitat de deriva genera un corrent. La velocitat de deriva d’un electró és molt petita normalment en termes de 10-1Senyora. Així, amb aquesta quantitat de velocitat, trigarà un electró en general 17 minuts a passar a través d’un conductor d’una longitud d’un metre.
velocitat de deriva dels electrons
Això vol dir que si encenem una bombeta elèctrica, s’hauria d’encendre al cap de 17 minuts. Però podem encendre la bombeta elèctrica a casa nostra a una velocitat llampec amb un sol cop d’interruptor. Això es deu al fet que la velocitat del corrent elèctric no depèn de la velocitat de deriva de l’electró.
El corrent elèctric es mou amb una velocitat de llum. No s’estableix amb la velocitat de deriva dels electrons del material. Per tant, pot variar en material, però la velocitat del corrent elèctric sempre s'estableix en funció de la velocitat de la llum.
La relació entre la densitat actual i la velocitat de deriva
La densitat de corrent es defineix com la quantitat total de corrent que passa per unitat de temps per unitat de secció transversal del conductor. A partir de la fórmula de la velocitat de deriva, el corrent es dóna com
I = nAvQ
per tant, la densitat de corrent J quan es dóna l'àrea de la secció transversal i la velocitat de deriva es pot calcular com
J = I / A = nvQ
on v és la velocitat de deriva dels electrons. La densitat de corrent es mesura en amperes per metre quadrat. Així, a partir de la fórmula, es pot dir que la velocitat de deriva dels electrons d’un conductor i la seva densitat de corrent són directament proporcionals entre si. A mesura que la velocitat de deriva augmenta amb l’augment de la intensitat del camp elèctric, també augmenta el corrent que circula per àrea de secció transversal.
La Reufòria entre la velocitat de deriva i el temps de relaxació
En un conductor, els electrons es mouen aleatòriament com a molècules de gas. Durant aquest moviment, xoquen entre ells. El temps de relaxació de l’electró és el temps que requereix l’electró per tornar al seu valor d’equilibri inicial després de la col·lisió. Aquest temps de relaxació és directament proporcional a la força del camp elèctric extern aplicat. Més gran és el temps del camp elèctric, més el temps que necessiten els electrons per arribar a l’equilibri inicial després d’eliminar el camp.
El temps de relaxació també es defineix com el temps durant el qual l’electró pot moure’s lliurement entre col·lisions successives amb altres ions.
Quan la força deguda al camp elèctric aplicat és eE, llavors V es pot donar com a
V = (eE / m) T
on T és el temps de relaxació dels electrons.
Expressió de velocitat de deriva
Quan el mobilitat μ dels portadors de càrrega i la força del camp elèctric aplicat E es donen, llavors la llei d’Ohm en termes de velocitat de deriva es pot expressar com
V = μE
Les unitats S.I per a la mobilitat d’electrons són m2/ V-s.
Les unitats S.I de camp elèctric E són V / m.
Per tant, la unitat S.I per a v és m / s. Aquesta unitat S.I també es coneix com a velocitat de deriva axial.
Així, els electrons presents al conductor es mouen aleatòriament fins i tot quan no s’aplica cap camp elèctric extern. Però la velocitat neta produïda per ells es cancel·la a causa de col·lisions aleatòries, de manera que el corrent net serà nul. Per tant, la relació entre el corrent elèctric, la densitat de corrent i la velocitat de deriva ajuda al flux adequat de corrent elèctric a través del conductor . Què és un corrent de deriva?
