Elk materiaal bestaat uit atomen die op hun beurt weer zijn samengesteld uit negatief geladen elektronen. Deze negatief geladen elektronen bewegen in willekeurige richtingen binnen het atoom. Deze beweging van elektronen genereert elektriciteit Maar door hun willekeurige beweging wordt de gemiddelde snelheid van elektronen in een materiaal nul. Er werd opgemerkt dat wanneer een potentiaalverschil wordt toegepast op de uiteinden van een materiaal, elektronen die in het materiaal aanwezig zijn een bepaalde snelheid krijgen die een kleine netto stroom in één richting veroorzaakt. Deze snelheid die ervoor zorgt dat de elektronen in een bepaalde richting bewegen, staat bekend als driftsnelheid.
Wat is een driftsnelheid?
De gemiddelde snelheid die wordt bereikt door willekeurig bewegende elektronen wanneer het externe elektrische veld wordt aangelegd, waardoor de elektronen in één richting bewegen, wordt de driftsnelheid genoemd.
Elk geleidermateriaal bevat vrije, willekeurig bewegende elektronen met een temperatuur boven het absolute nulpunt. Wanneer het externe elektrische veld rond het materiaal wordt aangelegd, bereiken de elektronen snelheid en hebben ze de neiging om in de positieve richting te bewegen, en de netto snelheid van de elektronen zal in één richting zijn. Het elektron zal in de richting van het aangelegde elektrische veld bewegen. Hier geeft het elektron zijn willekeurigheid van beweging niet op, maar verschuift naar een hoger potentieel met hun willekeurige beweging.
De stroom die door deze beweging van elektronen naar het hogere potentieel wordt geproduceerd, wordt de driftstroom genoemd. Men kan dus zeggen dat elke stroom die in een geleidermateriaal wordt geproduceerd, een driftstroom is.
Drift snelheid Afleiding
Om de uitdrukking voor drift-snelheid , zijn relatie met de mobiliteit van elektronen en het effect van aangelegd extern elektrisch veld moet bekend zijn. Mobiliteit van een elektron wordt gedefinieerd als de driftsnelheid voor een elektrisch veld van een eenheid. Het elektrische veld is evenredig met de stroom. Dus de De wet van Ohm kan worden geschreven als
F = -μE .—— (1)
waarbij μ de mobiliteit van het elektron is, gemeten als mtwee/ V.sec
E is het elektrische veld gemeten als V / m
we weten dat F = ma, substituut in (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
eindsnelheid u = v + at
Hier v = 0, t = T, wat de relaxatietijd is van een elektron
Daarom u = aT, vervang in (2)
∴ u = - (μE / m) T
Hier is u de driftsnelheid, gemeten als m / s.
Dit geeft de laatste uitdrukking. De JA eenheid van driftsnelheid is m / s of mtwee/(V.s) & V / m
Formule voor driftsnelheid
Deze formule wordt gebruikt om de driftsnelheid van elektronen in een stroomvoerende geleider. Wanneer elektronen met dichtheid n en lading Q ervoor zorgen dat een stroom ‘I’ door een geleider met dwarsdoorsnede A gaat, kan de driftsnelheid v worden berekend met de formule I = nAvQ.
Een toename van de toegepaste intensiteit van het externe elektrische veld zorgt ervoor dat de elektronen sneller versnellen naar een positieve richting, tegengesteld aan de richting van het aangelegde elektrische veld.
De relatie tussen driftsnelheid en elektrische stroom
Elke geleider bevat willekeurig bewegende vrije elektronen. Beweging van elektronen in één richting veroorzaakt door de driftsnelheid genereert een stroom. De driftsnelheid van een elektron is erg klein, meestal in termen van 10-1Mevrouw. Dus met deze snelheid zal het een elektron gewoonlijk 17 minuten kosten om door een geleider met een lengte van één meter te gaan.
drift-snelheid-van-elektronen
Dat betekent dat als we een elektrische lamp inschakelen, deze na 17 minuten moet gaan branden. Maar we kunnen de gloeilamp in ons huis razendsnel inschakelen met een druk op de knop. Dit komt omdat de snelheid van de elektrische stroom niet afhankelijk is van de driftsnelheid van het elektron.
Elektrische stroom beweegt met een lichtsnelheid. Het is niet vastgesteld met de driftsnelheid van de elektronen in het materiaal. Het kan dus variëren in materiaal, maar de snelheid van elektrische stroom wordt altijd bepaald op basis van de lichtsnelheid.
De relatie tussen stroomdichtheid en driftsnelheid
De stroomdichtheid wordt gedefinieerd als de totale hoeveelheid stroom die per tijdseenheid passeert per eenheid dwarsdoorsnedeoppervlak van de geleider. Uit de formule van driftsnelheid wordt de stroom gegeven als
Ik = nAvQ
dus de stroomdichtheid J wanneer het dwarsdoorsnedegebied en de driftsnelheid worden gegeven, kan worden berekend als
J = I / A = nvQ
waarbij v de driftsnelheid van de elektronen is. De stroomdichtheid wordt gemeten in Ampère per vierkante meter. Uit de formule kan dus worden gezegd dat de driftsnelheid van de elektronen van een geleider en zijn stroomdichtheid recht evenredig met elkaar is. Naarmate de driftsnelheid toeneemt met de toename van de elektrische veldintensiteit, neemt ook de stroom die er doorheen vloeit per dwarsdoorsnede toe.
De Ropgetogenheid tussen driftsnelheid en relaxatietijd
In een geleider bewegen elektronen willekeurig als gasmoleculen. Tijdens deze beweging komen ze met elkaar in botsing. De relaxatietijd van het elektron is de tijd die het elektron nodig heeft om na de botsing terug te keren naar zijn aanvankelijke evenwichtswaarde. Deze relaxatietijd is recht evenredig met de toegepaste externe elektrische veldsterkte. Hoe langer de elektrische veldtijd, hoe langer de tijd die elektronen nodig hebben om tot het aanvankelijke evenwicht te komen nadat het veld is verwijderd.
Relaxatietijd wordt ook gedefinieerd als de tijd gedurende welke het elektron vrij kan bewegen tussen opeenvolgende botsingen met andere ionen.
Wanneer de kracht als gevolg van het aangelegde elektrische veld eE is, dan kan V worden gegeven als
V = (eE / m) T
waarbij T de relaxatietijd van de elektronen is.
Uitdrukking van driftsnelheid
Wanneer de mobiliteit μ van de ladingsdragers en de sterkte van het aangelegde elektrische veld E worden gegeven, dan kan de wet van Ohm in termen van driftsnelheid worden uitgedrukt als
V = μE
De S.I-eenheden voor de mobiliteit van elektronen zijn mtwee/ V-s.
S.I-eenheden van elektrisch veld E zijn V / m.
De SI-eenheid voor v is dus m / s. Deze S.I-eenheid is ook bekend als de Axial Drift Velocity.
De in de geleider aanwezige elektronen bewegen dus willekeurig, zelfs als er geen extern elektrisch veld wordt aangelegd. Maar de netto snelheid die door hen wordt geproduceerd, wordt geannuleerd als gevolg van willekeurige botsingen, dus de netto stroom zal nul zijn. De relatie tussen elektrische stroom, stroomdichtheid en driftsnelheid helpt dus bij de juiste stroom van elektrische stroom door de bestuurder Wat is een driftstroom?
