Prędkość dryfu

Schemat dryfu elektronów w przewodniku elektrycznym

Prędkość dryfu (prędkość unoszenia) – średnia prędkość jaką ma cząstka (elektron, dziura, jon itp.) w materiale, w którym płynie prąd elektryczny. Używanie tego pojęcia w odniesieniu do cząstek w próżni nie ma sensu, gdyż są one przyspieszane a ich prędkość zależy od różnicy potencjałów, ich masy i miejsca. 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 prędkość cząstek podlegają pewnemu rozkładowi. Nawet gdy nie ma możliwości poznania go, 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:

$N=nV=nSl$

Ich sumaryczny ładunek wynosi zatem:

$q=nSle=Ne$

Natężenie prądu w przewodzie jest równe:

$I={\frac {q}{t}}={\frac {lnSe}{t}}$

Prędkość dryfu to:

$v_{d}={\frac {l}{t}}$

Stąd wynika:

$v_{d}={\frac {I}{nSe}}$

Prędkość dryfu można także wyrazić przez gęstość prądu:

$j={\frac {I}{S}}$

$v_{d}={\frac {j}{ne}}$

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:

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

Zobacz też

• model Drudego