Jedes Material besteht aus Atomen, die wiederum aus negativ geladenen Elektronen bestehen. Diese negativ geladenen Elektronen bewegen sich innerhalb des Atoms in zufällige Richtungen. Diese Bewegung der Elektronen erzeugt Elektrizität . Aufgrund ihrer zufälligen Bewegung wird die durchschnittliche Geschwindigkeit der Elektronen in einem Material jedoch Null. Es wurde beobachtet, dass, wenn eine Potentialdifferenz an die Enden eines Materials angelegt wird, im Material vorhandene Elektronen eine bestimmte Geschwindigkeit annehmen, die einen kleinen Nettofluss in eine Richtung verursacht. Diese Geschwindigkeit, die bewirkt, dass sich die Elektronen in eine bestimmte Richtung bewegen, wird als Driftgeschwindigkeit bezeichnet.

Was ist eine Driftgeschwindigkeit?

Die durchschnittliche Geschwindigkeit, die zufällig bewegte Elektronen erreichen, wenn das externe elektrische Feld angelegt wird, wodurch sich die Elektronen in eine Richtung bewegen, wird als Driftgeschwindigkeit bezeichnet.

Jedes Leitermaterial enthält freie, zufällig bewegte Elektronen bei einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt. Wenn das äußere elektrische Feld um das Material angelegt wird, erreichen die Elektronen Geschwindigkeit und neigen dazu, sich in die positive Richtung zu bewegen, und die Nettogeschwindigkeit der Elektronen ist in einer Richtung. Das Elektron bewegt sich in Richtung des angelegten elektrischen Feldes. Hier gibt das Elektron seine Zufälligkeit der Bewegung nicht auf, sondern verschiebt sich mit ihrer zufälligen Bewegung in Richtung eines höheren Potentials.

Der Strom, der durch diese Bewegung der Elektronen in Richtung des höheren Potentials erzeugt wird, wird als Driftstrom bezeichnet. Man kann also sagen, dass jeder in einem Leitermaterial erzeugte Strom ein Driftstrom ist.

Driftgeschwindigkeit Ableitung

Um das abzuleiten Ausdruck für Driftgeschwindigkeit muss sein Zusammenhang mit der Beweglichkeit von Elektronen und der Wirkung des angelegten externen elektrischen Feldes bekannt sein. Die Mobilität eines Elektrons ist definiert als die Driftgeschwindigkeit für ein elektrisches Einheitsfeld. Das elektrische Feld ist proportional zum Strom. Und so kam es dass der Ohm'sches Gesetz kann geschrieben werden als

F = -μE. - (1)

wobei μ die Mobilität des Elektrons ist, gemessen als m^zwei/ V.sec

E ist das elektrische Feld, gemessen als V / m

wir wissen, dass F = ma, Ersatz in (1)

a = F / m = -μE / m ———- (2)

Endgeschwindigkeit u = v + bei

Hier ist v = 0, t = T, was die Relaxationszeit des Elektrons ist

Daher ist u = aT, ersetze in (2)

∴ u = - (μE / m) T.

Hier ist u die Driftgeschwindigkeit, gemessen als m / s.

Dies gibt den endgültigen Ausdruck. Das JA Einheit der Driftgeschwindigkeit ist m / s oder m^zwei/(V.s) & V / m

Driftgeschwindigkeitsformel

Diese Formel wird verwendet, um die zu finden Driftgeschwindigkeit von Elektronen in einem stromführenden Leiter. Wenn Elektronen mit der Dichte n und der Ladung Q einen Strom 'I' durch einen Leiter der Querschnittsfläche A fließen lassen, kann die Driftgeschwindigkeit v durch die Formel I = nAvQ berechnet werden.

Eine Erhöhung der Intensität des angelegten externen elektrischen Feldes bewirkt, dass die Elektronen entgegen der Richtung des angelegten elektrischen Feldes schneller in eine positive Richtung beschleunigen.

Die Beziehung zwischen Driftgeschwindigkeit und elektrischem Strom

Jeder Leiter enthält zufällig bewegte freie Elektronen. Die durch die Driftgeschwindigkeit verursachte Bewegung von Elektronen in eine Richtung erzeugt einen Strom. Die Driftgeschwindigkeit eines Elektrons ist normalerweise in Bezug auf 10 sehr klein^-1Frau. Bei dieser Geschwindigkeit benötigt ein Elektron normalerweise 17 Minuten, um einen Leiter mit einer Länge von einem Meter zu passieren.

Driftgeschwindigkeit der Elektronen

Das heißt, wenn wir eine Glühbirne einschalten, sollte sie sich nach 17 Minuten einschalten. Aber wir können die Glühbirne in unserem Haus blitzschnell mit einem Knopfdruck einschalten. Dies liegt daran, dass die Geschwindigkeit des elektrischen Stroms nicht von der Driftgeschwindigkeit des Elektrons abhängt.

Elektrischer Strom bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Es ist nicht mit der Driftgeschwindigkeit der Elektronen im Material festgelegt. Somit kann es im Material variieren, aber die Geschwindigkeit des elektrischen Stroms hängt immer von der Lichtgeschwindigkeit ab.

Die Beziehung zwischen Stromdichte und Driftgeschwindigkeit

Die Stromdichte ist definiert als die Gesamtmenge des Stroms, der pro Zeiteinheit durch die Querschnittsfläche des Leiters pro Einheit fließt. Aus der Formel der Driftgeschwindigkeit ergibt sich der Strom als

I = nAvQ

Daher kann die Stromdichte J bei Angabe der Querschnittsfläche und der Driftgeschwindigkeit wie folgt berechnet werden

J = I / A = nvQ

Dabei ist v die Driftgeschwindigkeit der Elektronen. Die Stromdichte wird in Ampere pro Quadratmeter gemessen. Aus der Formel kann somit gesagt werden, dass die Driftgeschwindigkeit der Elektronen eines Leiters und seine Stromdichte direkt proportional zueinander sind. Wenn die Driftgeschwindigkeit mit zunehmender elektrischer Feldstärke zunimmt, nimmt auch der pro Querschnittsfläche fließende Strom zu.

Die R.Begeisterung zwischen Driftgeschwindigkeit und Relaxationszeit

In einem Leiter bewegen sich Elektronen zufällig als Gasmoleküle. Während dieser Bewegung kollidieren sie miteinander. Die Relaxationszeit des Elektrons ist die Zeit, die das Elektron benötigt, um nach der Kollision zu seinem anfänglichen Gleichgewichtswert zurückzukehren. Diese Relaxationszeit ist direkt proportional zur angelegten externen elektrischen Feldstärke. Je länger das elektrische Feld ist, desto länger brauchen die Elektronen, um nach dem Entfernen des Feldes zum anfänglichen Gleichgewicht zu gelangen.

Die Relaxationszeit ist auch definiert als die Zeit, für die sich das Elektron zwischen aufeinanderfolgenden Kollisionen mit anderen Ionen frei bewegen kann.

Wenn die Kraft aufgrund des angelegten elektrischen Feldes eE ist, kann V als gegeben werden

V = (eE / m) T.

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wobei T die Relaxationszeit der Elektronen ist.

Driftgeschwindigkeitsausdruck

Wenn die Mobilität Wenn μ der Ladungsträger und die Stärke des angelegten elektrischen Feldes E angegeben sind, kann das Ohmsche Gesetz in Bezug auf die Driftgeschwindigkeit ausgedrückt werden als

V = μE

Die S.I-Einheiten für die Mobilität von Elektronen sind m^zwei/ V-s.

S. I Einheiten des elektrischen Feldes E sind V / m.

Somit ist die S.I-Einheit für v m / s. Diese S.I-Einheit ist auch als Axial Drift Velocity bekannt.

Somit bewegen sich im Leiter vorhandene Elektronen zufällig, selbst wenn kein externes elektrisches Feld angelegt wird. Die von ihnen erzeugte Nettogeschwindigkeit wird jedoch aufgrund zufälliger Kollisionen aufgehoben, sodass der Nettostrom Null ist. Somit hilft die Beziehung zwischen elektrischem Strom, Stromdichte und Driftgeschwindigkeit beim richtigen Fluss von elektrischem Strom durch die Treiber . Was ist ein Driftstrom?