Мікроскопічний вид дрейфу

Фізика > Мікроскопічний вигляд: швидкість дрейфу

Розгляньтешвидкість дрейфу електронів: роль провідників та електричного поля в русі зарядів, формула струму та дрейфу, швидкість електричних сигналів.

Швидкість дрейфу – середня швидкість, що досягається частинкою через електричне поле.

Завдання навчання

  • Об'єднати швидкість дрейфу та швидкість вільних зарядів у провідниках.

Основні пункти

  • Провідники мають електричне поле, що змушує електрони дрейфувати в бік, протилежну полю. Швидкість – середня вільних зарядів.
  • Рівняння співвідношення швидкості струму і дрейфу можна здобути методом дослідження кількості вільних зарядів у сегменті дроту.
  • I = qnAv пов'язує швидкість дрейфу зі струмом (I – струм через провід площі поперечного перерізу А, виконаний з матеріалу з вільною щільністю заряду n. Носії струму мають заряд q і переміщуються зі швидкістю дрейфу).
  • Швидкість дрейфу – середня швидкість вільних зарядів у провіднику.

Швидкість дрейфу

Багато електричних сигналів переміщуються на швидкості 10 8 м/с. Однак індивідуальні заряди набагато повільніші – 10 -4 м/с.

Звідки така висока швидкість електричних сигналів? Справа в тому, що сила між ними діє швидко на дистанції. Тому, коли вільний заряд вставляється у провід, той, що входить, підштовхує до нього інші, які й далі натискають на лінії. У результаті, формується електрична ударна хвиля, що проходить крізь систему майже зі світловою швидкістю.

вільних

Коли заряджені частинки вставляються в об'єм провідника, то рівне число повинне швидко відійти. Відштовхування міжподібними зарядами перешкоджає збільшенню кількості зарядів обсягом. Так що, у міру надходження одного заряду, другий тікає практично відразу, транспортуючи сигнал уперед

Швидкість дрейфу

Хороші провідники мають великий запас вільних зарядів. У металах – вільні електрони. Окремий електрон між зіткненням з атомами та іншими електронами переміщається на крихітну дистанцію, тому їх шляхи виявляються практично випадковими. Але провідники наділені електричним полем, яке змушує електрони дрейфувати в конкретному напрямку.

Швидкість дрейфу електронів (vd) – середня швидкість вільних зарядів після дії поля. Вона досить невелика, тому що є багато вільних зарядів. Якщо розташовувати щільністю вільних електронів у провіднику, можна вирахувати швидкість дрейфу. Чим вища щільність, тим нижча швидкість.

вільних

Вільні електрони часто стикаються. Тут ви бачите шлях конкретної частинки. Швидкість дрейфу розташована в протилежному напрямку до електричного поля для електронів. Колізії зазвичай транспортують енергію на провідник, потребуючи стабільного надходження енергії для підтримки постійного струму.

Можна видобути формулу співвідношення швидкості струму та дрейфу через кількість вільних зарядів у сегменті дроту. Кількість вільних зарядів на одиницю об'єму визначається символом n і залежить від матеріалу. Ax – обсяг сегмента, отже кількість вільних зарядів у ньому дорівнює nAx. Заряд ΔQ виступає сегментом, тому отримуємо qnAx (q – величина заряду на кожній несучій = 1.60 × 10 -19 C.) Струм – заряд, зрушений за часовий проміжок. Якщо всі вихідні заряди виходять із цього сегмента за час t, то струм дорівнює:

I = Q/Δt = qnAx/Δt.

Цікаво, що x/Δt – величинашвидкості дрейфу vd тому, що заряди проходять середню дистанцію x за час t. Інші показники дають I = qnAvd.

Щільність струму – електричний струм на одиницю площі поперечного перерізу.