微分を伴う電子のドリフト速度とは

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すべての材料は、負に帯電した電子で構成される原子で構成されています。これらの負に帯電した電子は、原子内をランダムな方向に移動します。この電子の動きが生成します 電気 。しかし、それらのランダムな動きのために、材料内の電子の平均速度はゼロになります。電位差が材料の端に適用されると、材料に存在する電子が一定量の速度を獲得し、それが一方向に小さな正味の流れを引き起こすことが観察された。電子を特定の方向に移動させるこの速度は、ドリフト速度として知られています。

ドリフト速度とは何ですか?

外部電界が印加されたときにランダムに移動する電子によって達成される平均速度。これにより、電子は一方向に移動します。これは、ドリフト速度と呼ばれます。




すべての導体材料には、絶対零度を超える温度でランダムに移動する自由な電子が含まれています。外部電界が材料の周りに適用されると、電子は速度に達し、正の方向に移動する傾向があり、電子の正味の速度は一方向になります。電子は、印加された電界の方向に移動します。ここで、電子はそのランダムな動きをあきらめませんが、それらのランダムな動きでより高いポテンシャルに向かってシフトします。

この電子の高電位への移動によって生成される電流は、ドリフト電流と呼ばれます。したがって、導体材料で生成されるすべての電流はドリフト電流であると言えます。



ドリフト速度 導出

を導出するには ドリフト速度の式 、電子の移動度と印加された外部電界の影響との関係を知る必要があります。電子の移動度は、単位電場のドリフト速度として定義されます。電界は電流に比例します。したがって、 オームの法則 次のように書くことができます

F =-μE.——(1)


ここで、μはmとして測定された電子の移動度です。/ V.sec

EはV / mとして測定された電界です

F = maであることがわかっているので、(1)に代入します。

a = F / m =-μE/ m ———-(2)

最終速度u = v + at

ここで、v = 0、t = T、これは電子の緩和時間です。

したがって、u = aT、(2)に代入します

∴u=-(μE/ m)T

ここで、uはm / sとして測定されたドリフト速度です。

これで最終的な表現が得られます。ザ・ はい ドリフト速度の単位 m / sまたは m/(V.s)&V / m

ドリフト速度式

この式は、 電子のドリフト速度 通電導体で。密度nで電荷Qの電子によって、断面積Aの導体に電流「I」が流れる場合、ドリフト速度vは式I = nAvQで計算できます。

印加された外部電界強度の増加により、電子は、印加された電界の方向とは反対の正の方向に向かってより急速に加速します。

ドリフト速度と電流の関係

すべての導体には、ランダムに移動する自由電子が含まれています。ドリフト速度によって引き起こされる一方向への電子の移動は、電流を生成します。電子のドリフト速度は通常10の点で非常に小さいです-1MS。したがって、この速度では、電子が長さ1メートルの導体を通過するのに通常17分かかります。

電子のドリフト速度

電子のドリフト速度

つまり、電球のスイッチを入れると、17分後に点灯するはずです。しかし、スイッチを押すだけで、自宅の電球を電光石火の速さでオンにすることができます。これは、電流の速度が電子のドリフト速度に依存しないためです。

電流は光速で移動します。これは、材料内の電子のドリフト速度では確立されません。したがって、材料は異なる場合がありますが、電流の速度は常に光速に基づいています。

電流密度とドリフト速度の関係

電流密度は、導体の単位断面積あたりの単位時間あたりに流れる電流の総量として定義されます。ドリフト速度の式から、電流は次のように与えられます。

I = nAvQ

したがって、断面積とドリフト速度が与えられたときの電流密度Jは、次のように計算できます。

J = I / A = nvQ

ここで、vは電子のドリフト速度です。電流密度は1平方メートルあたりのアンペアとして測定されます。このように、式から、導体の電子のドリフト速度とその電流密度は互いに正比例していると言えます。電界強度の増加に伴ってドリフト速度が増加すると、断面積あたりに流れる電流も増加します。

Rドリフト速度と緩和時間の間の高揚

導体では、電子はガス分子としてランダムに移動します。この動きの間に、それらは互いに衝突します。電子の緩和時間は、衝突後に電子が初期平衡値に戻るのに必要な時間です。この緩和時間は、印加された外部電界強度に正比例します。電界時間が長いほど、電界が除去された後に電子が初期平衡に達するのに必要な時間が長くなります。

緩和時間は、電子が他のイオンとの連続する衝突の間を自由に移動できる時間としても定義されます。

印加電界による力がeEの場合、Vは次のように与えられます。

V =(eE / m)T

ここで、Tは電子の緩和時間です。

ドリフト速度式

いつ 可動性 電荷キャリアのμと印加電界の強さEが与えられると、ドリフト速度に関するオームの法則は次のように表すことができます。

V =μE

電子移動度のS.I単位はmです。/ V-s。

電界EのS.I単位はV / mです。

したがって、vのS.I単位はm / sです。このS.Iユニットは、Axial DriftVelocityとしても知られています。

したがって、導体に存在する電子は、外部電界が印加されていない場合でもランダムに移動します。しかし、それらによって生成された正味の速度はランダムな衝突のためにキャンセルされるため、正味の電流はゼロになります。したがって、電流、電流密度、およびドリフト速度の関係は、電流が適切に流れるのに役立ちます。 運転者 。ドリフト電流とは何ですか?