Apa itu Drift Velocity of Electron with Derivation

Setiap bahan terdiri dari atom yang pada gilirannya terdiri dari elektron bermuatan negatif. Elektron bercas negatif ini bergerak dalam arah rawak dalam atom. Pergerakan elektron ini menghasilkan elektrik . Tetapi kerana pergerakan rawak mereka, halaju purata elektron dalam suatu bahan menjadi sifar. Telah diperhatikan bahawa apabila perbezaan potensial diterapkan pada ujung bahan, elektron yang ada di dalam bahan memperoleh sejumlah kecepatan yang menyebabkan aliran bersih kecil dalam satu arah. Halaju yang menyebabkan elektron bergerak ke arah tertentu dikenali sebagai Drift Velocity.

Apa itu Drift Velocity?

Halaju rata-rata yang dicapai oleh elektron bergerak secara rawak ketika medan elektrik luaran diterapkan, yang menyebabkan elektron bergerak ke arah satu arah disebut Drift Velocity.

Setiap bahan konduktor mengandungi elektron bebas yang bergerak secara rawak pada suhu di atas sifar mutlak. Apabila medan elektrik luaran digunakan di sekitar bahan, elektron mencapai halaju dan cenderung bergerak menuju arah positif, dan halaju bersih elektron akan berada dalam satu arah. Elektron akan bergerak ke arah medan elektrik yang digunakan. Di sini elektron tidak melepaskan kegerakan pergerakannya tetapi beralih ke arah potensi yang lebih tinggi dengan gerakan rawak mereka.

Arus yang dihasilkan oleh pergerakan elektron ke arah potensi yang lebih tinggi disebut Drift Arus. Oleh itu, seseorang boleh mengatakan bahawa setiap arus yang dihasilkan dalam bahan konduktor adalah Drift Arus.

Kelajuan Drift Derivasi

Untuk memperoleh ungkapan untuk halaju-drift , hubungannya dengan mobiliti elektron dan kesan medan elektrik luaran yang diterapkan harus diketahui. Mobiliti elektron ditakrifkan sebagai Drift Velocity untuk medan elektrik unit. Medan elektrik berkadar dengan arus. Oleh itu Ohm undang-undang boleh ditulis sebagai

F = -μE .—— (1)

di mana μ adalah mobiliti elektron yang diukur sebagai m^dua/ V.sec

E ialah medan elektrik yang diukur sebagai V / m

kita tahu bahawa F = ma, ganti di (1)

a = F / m = -μE / m ———- (2)

halaju akhir u = v + pada

Di sini v = 0, t = T, yang merupakan masa relaksasi elektron

Oleh itu u = aT, ganti di (2)

∴ u = - (μE / m) T

Di sini, u adalah halaju Drift, diukur sebagai m / s.

Ini memberikan ungkapan terakhir. The YA unit halaju drift ialah m / s atau m^dua/(V.s) & V / m

Formula Kecepatan Drift

Formula ini digunakan untuk mencari halakan elektron dalam konduktor yang membawa arus. Apabila elektron dengan ketumpatan n dan cas Q menyebabkan arus 'I' mengalir melalui konduktor kawasan keratan rentas A, halaju drift v dapat dikira melalui formula I = nAvQ.

Peningkatan intensiti medan elektrik luaran yang berlaku menyebabkan elektron memecut dengan lebih pantas ke arah positif, bertentangan dengan arah medan elektrik yang diaplikasikan.

Hubungan antara Kecepatan Drift dan Arus Elektrik

Setiap konduktor mengandungi elektron bebas bergerak secara rawak di dalamnya. Pergerakan elektron dalam satu arah yang disebabkan oleh halaju Drift menghasilkan arus. Halaju elektron sangat kecil biasanya dari segi 10^-1Cik. Oleh itu, dengan jumlah halaju ini, elektron biasanya memerlukan 17 minit untuk melalui konduktor sepanjang satu meter.

drift-velocity-of-electrons

Ini bermaksud jika kita menghidupkan mentol elektrik, ia harus menyala selepas 17 minit. Tetapi kita boleh menghidupkan mentol elektrik di rumah kita dengan sepantas kilat dengan suis lampu. Ini kerana kelajuan arus elektrik tidak bergantung pada kelajuan drift elektron.

Arus elektrik bergerak dengan kelajuan cahaya. Ia tidak ditentukan dengan halaju elektron dalam bahan. Oleh itu, ia mungkin berbeza dari segi bahan tetapi kelajuan arus elektrik selalu ditentukan berdasarkan kelajuan cahaya.

Hubungan antara Ketumpatan Semasa dan Kecepatan Drift

Ketumpatan arus ditakrifkan sebagai jumlah arus yang dilalui per unit masa melalui per unit keratan rentas konduktor. Dari formula halaju drift, arus diberikan sebagai

Saya = nAvQ

jadi, ketumpatan arus J apabila luas keratan rentas dan halaju drift diberikan dapat dikira sebagai

J = I / A = nvQ

di mana v adalah halaju elektron. Ketumpatan arus diukur sebagai Amperes per meter persegi. Oleh itu, dari rumus, dapat dikatakan bahawa halaju elektron suatu konduktor dan ketumpatan arusnya berkadar langsung antara satu sama lain. Apabila kecepatan Drift meningkat dengan peningkatan intensiti medan elektrik, arus yang mengalir melalui kawasan penampang juga meningkat.

The Rperbincangan antara Drift Velocity dan Relaxation Time

Dalam konduktor, elektron bergerak secara rawak sebagai molekul gas. Semasa gerakan ini, mereka bertembung antara satu sama lain. Waktu relaksasi elektron adalah masa yang diperlukan oleh elektron untuk kembali ke nilai keseimbangan awalnya setelah perlanggaran. Waktu rehat ini berkadar langsung dengan kekuatan medan elektrik luaran yang digunakan. Lebih besar masa medan elektrik, semakin banyak masa yang diperlukan oleh elektron untuk mencapai keseimbangan awal setelah medan dikeluarkan.

Waktu relaksasi juga ditakrifkan sebagai masa di mana elektron dapat bergerak bebas antara perlanggaran berturut-turut dengan ion lain.

Apabila daya disebabkan medan elektrik yang diterapkan adalah eE, maka V dapat diberikan sebagai

V = (eE / m) T

di mana T adalah masa relaksasi elektron.

Ungkapan Halaju Drift

Apabila mobiliti μ dari pengecas cas dan kekuatan medan elektrik E yang diberikan diberikan, maka hukum Ohm dari segi halaju drift dapat dinyatakan sebagai

V = μE

Unit S.I untuk mobiliti elektron adalah m^dua/ V-s.

Unit S.I medan elektrik E ialah V / m.

Oleh itu, unit S.I untuk v adalah m / s. Unit S.I ini juga dikenali sebagai Axial Drift Velocity.

Oleh itu, Elektron yang terdapat dalam konduktor bergerak secara rawak walaupun tidak ada medan elektrik luaran yang digunakan. Tetapi halaju bersih yang dihasilkan oleh mereka dibatalkan kerana perlanggaran secara rawak, arus bersih akan menjadi sifar. Oleh itu, hubungan antara arus elektrik, ketumpatan arus dan kelajuan drift membantu aliran arus elektrik yang betul melalui pemandu . Apakah arus Drift?