Jokainen materiaali koostuu atomista, jotka puolestaan koostuvat negatiivisesti varautuneista elektroneista. Nämä negatiivisesti varautuneet elektronit liikkuvat satunnaisessa suunnassa atomin sisällä. Tämä elektronien liike tuottaa sähköä . Mutta niiden satunnaisen liikkeen vuoksi elektronien keskimääräinen nopeus materiaalissa tulee nollaksi. Havaittiin, että kun potentiaalieroa käytetään materiaalin päihin, materiaalissa olevat elektronit saavat tietyn määrän nopeutta, joka aiheuttaa pienen nettovirtauksen yhteen suuntaan. Tätä nopeutta, joka saa elektronit liikkumaan tiettyyn suuntaan, kutsutaan drift-nopeudeksi.
Mikä on ajelunopeus?
Keskimääräistä nopeutta, jonka satunnaiset liikkuvat elektronit saavuttavat, kun ulkoinen sähkökenttä kohdistuu, mikä saa elektronit liikkumaan kohti yhtä suuntaa, kutsutaan drift-nopeudeksi.
Jokainen johdinmateriaali sisältää vapaita, satunnaisesti liikkuvia elektroneja absoluuttisen nollan yläpuolella olevassa lämpötilassa. Kun ulkoinen sähkökenttä kohdistetaan materiaalin ympärille, elektronit saavuttavat nopeuden ja pyrkivät liikkumaan positiiviseen suuntaan, ja elektronien nettonopeus on yhdessä suunnassa. Elektroni liikkuu käytetyn sähkökentän suuntaan. Tällöin elektroni ei luovu liikkeen satunnaisuudesta, vaan siirtyy kohti suurempaa potentiaalia satunnaisella liikkeellään.
Virtaa, jonka tämä elektronien liike johtaa kohti suurempaa potentiaalia, kutsutaan ajeluvirraksi. Siten voidaan sanoa, että jokainen johdinmateriaalissa tuotettu virta on drift-virta.
Drift-nopeus Johtaminen
Johtaa ilmaisu drift-nopeudelle , sen suhde elektronien liikkuvuuteen ja käytetyn ulkoisen sähkökentän vaikutus on tunnettava. Elektronin liikkuvuus määritellään Drift Velocity -yksiköksi yksikön sähkökentälle. Sähkökenttä on verrannollinen virtaan. Siten Ohmin laki voidaan kirjoittaa muodossa
F = -μE .—— (1)
missä μ on elektronin liikkuvuus mitattuna mkaksi/ V.sek
E on sähkökenttä mitattuna V / m
tiedämme, että F = ma, korvaa kohdassa (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
lopullinen nopeus u = v + at
Tässä v = 0, t = T, joka on elektronin rentoutumisaika
Siksi u = aT, korvaa kohdassa (2)
∴ u = - (μE / m) T
Tässä u on ajelunopeus, mitattuna m / s.
Tämä antaa lopullisen lausekkeen. JOO ajonopeuden yksikkö on m / s tai mkaksi/(V.s) & V / m
Drift Velocity Formula
Tätä kaavaa käytetään elektronien ajonopeus virtaa johtavassa johtimessa. Kun elektronit, joiden tiheys on n ja varaus Q, saa virran I kulkemaan poikkipinta-alan A johtimen läpi, ajonopeus v voidaan laskea kaavan I = nAvQ avulla.
Käytetyn ulkoisen sähkökentän voimakkuuden kasvu saa elektronit kiihtymään nopeammin kohti positiivista suuntaa päinvastoin kuin sovelletun sähkökentän suunta.
Driftinopeuden ja sähkövirran suhde
Jokainen johdin sisältää siinä satunnaisesti liikkuvia vapaita elektroneja. Driftin nopeuden aiheuttama elektronien liike yhteen suuntaan tuottaa virran. Elektronin drift-nopeus on yleensä pieni 10: n suhteen-1neiti. Siten tällä nopeuden määrällä elektroni kestää yleensä 17 minuuttia kulkemaan yhden metrin pituisen johtimen läpi.
elektronien drift-nopeus
Tämä tarkoittaa, että jos kytket sähkölampun päälle, sen pitäisi syttyä 17 minuutin kuluttua. Mutta voimme kytkeä kotimme sähkölampun salamannopeasti kytkimen painalluksella. Tämä johtuu siitä, että sähkövirran nopeus ei riipu elektronin ajonopeudesta.
Sähkövirta liikkuu valon nopeudella. Sitä ei määritetä materiaalin elektronien kulkeutumisnopeudella. Siten se voi vaihdella materiaaliltaan, mutta sähkövirran nopeus määritetään aina valon nopeuden mukaan.
Nykyisen tiheyden ja ajautumisnopeuden suhde
Virrantiheys määritellään virran kokonaismääränä aikayksikköä kohti johtimen poikkipinta-alan yksikköä kohti. Driftinopeuden kaavasta virta annetaan muodossa
I = nAvQ
niin, virtatiheys J, kun annetaan poikkileikkauspinta-ala ja ajonopeus, voidaan laskea seuraavasti
J = I / A = nvQ
missä v on elektronien ajonopeus. Virrantiheys mitataan ampeereina neliömetriä kohti. Siten kaavasta voidaan sanoa, että johtimen elektronien ajonopeus ja sen virtatiheys ovat suoraan verrannollisia toisiinsa. Drift-nopeuden kasvaessa sähkökentän voimakkuuden kasvaessa myös poikkipinta-alaa kohti kulkeva virta kasvaa.
Rnousun nopeuden ja rentoutumisajan välillä
Johtimessa elektronit liikkuvat satunnaisesti kaasumolekyyleinä. Tämän liikkeen aikana he törmäävät toisiinsa. Elektronin rentoutumisaika on aika, jonka elektroni tarvitsee palata alkuperäiseen tasapainotilaan törmäyksen jälkeen. Tämä rentoutumisaika on suoraan verrannollinen sovellettuun ulkoisen sähkökentän voimakkuuteen. Suurempi sähkökentän aika, enemmän elektronien tarvitsema aika saavuttaa alkutasapaino kentän poistamisen jälkeen.
Rentoutumisaika määritellään myös ajankohtana, jonka ajan elektroni voi liikkua vapaasti peräkkäisten törmäysten välillä muiden ionien kanssa.
Kun käytetyn sähkökentän aiheuttama voima on eE, V voidaan antaa muodossa
V = (eE / m) T
missä T on elektronien rentoutumisaika.
Drift Velocity Expression
Kun liikkuvuus μ varauksen kantoaineista ja käytetyn sähkökentän voimakkuudesta E annetaan, Ohmin laki ajonopeuden suhteen voidaan ilmaista
V = μE
Elektronin liikkuvuuden S.I-yksiköt ovat mkaksi/ V-s.
Sähkökentän E S.I-yksiköt ovat V / m.
Siten v: n S.I-yksikkö on m / s. Tämä S.I-yksikkö tunnetaan myös nimellä Axial Drift Velocity.
Siten johtimessa läsnä olevat elektronit liikkuvat satunnaisesti, vaikka ulkoista sähkökenttää ei käytettäisikään. Mutta heidän tuottama nettonopeus peruutetaan satunnaisten törmäysten vuoksi, joten nettovirta on nolla. Siten sähkövirran, virrantiheyden ja ajonopeuden välinen suhde auttaa sähkövirran oikeassa virtauksessa kuljettaja . Mikä on Drift-virta?
