Prędkość dryfu

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Prędkość dryfu (prędkość unoszenia) – średnia prędkość jaką uzyskuje cząstka (elektron, dziura, jon, itp.) w materiale pod wpływem pola elektrycznego. Używanie tego pojęcia w odniesieniu do cząstek w próżni nie ma sensu, gdyż są one przyspieszane a ich prędkość zależy od różnicy potencjałów i ich masy. W przypadku zaś ośrodków materialnych (ciało stałe, ciecz, gaz, itp.) ruch przyspieszanej cząstki jest spowalniany przez oddziaływania z siecią krystaliczną (w ciele stałym) lub inne cząstki (w cieczy, gazie). W układzie będącym w stanie równowagi prędkości cząstek podlegają pewnemu rozkładowi. Nawet gdy nie jesteśmy go w stanie poznać, można posługiwać się mierzalną wielkością makroskopową: średnią prędkością cząstki, czyli właśnie prędkością dryfu.

Prędkość dryfu elektronów w przewodniku o długości l, w którym płynie prąd stały, można określić na podstawie koncentracji elektronów przewodnictwa n, pola przekroju poprzecznego S i natężenia prądu I.

W objętości V przewodnika jest N elektronów przewodnictwa:

N = {n  V}={n  S  l}

Ich sumaryczny ładunek wynosi zatem:

q={n  S  l  e} = {N  e}

Natężenie prądu w przewodzie jest równe:

I = \frac{q}{t} = \frac{l  n  S  e}{t}

Prędkość dryfu to:

v_d=\frac{l}{t}

Stąd wynika:

v_d=\frac{I}{n  S  e}

Prędkość dryfu można także wyrazić przez gęstość prądu:

j=\frac{I}{S}
v_d=\frac{j}{n  e}

Elektrony mają ładunek ujemny, więc wektory \vec{v_d} i \vec{j} mają przeciwne zwroty.

Podstawiając przykładowe dane, odpowiadające silnie obciążonemu przewodowi w instalacji elektrycznej:

{I=10 \mathrm{A},\ S=1 \mathrm{mm}^2,\ n=8,5 \cdot 10^{28}\ \mathrm{m}^{-3}}

Otrzymujemy:

v_d= 7,352 \cdot 10^{-4}\ \frac {\mathrm{m}}{\mathrm{s}}

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]