Varje material består av atomer som i sin tur består av negativt laddade elektroner. Dessa negativt laddade elektroner rör sig i slumpmässiga riktningar inom atomen. Denna rörelse av elektroner genererar elektricitet . Men på grund av deras slumpmässiga rörelse blir medelhastigheten för elektroner i ett material noll. Det observerades att när en potentialskillnad appliceras på ändarna av ett material, får elektroner som finns i materialet en viss hastighet som orsakar ett litet nettoflöde i en riktning. Denna hastighet som får elektronerna att röra sig i en viss riktning kallas drivhastighet.
Vad är en drifthastighet?
Den genomsnittliga hastigheten som uppnås av slumpmässiga rörliga elektroner när det externa elektriska fältet appliceras, vilket får elektronerna att röra sig i en riktning kallas drivhastigheten.
Varje ledarmaterial innehåller fria, slumpmässigt rörliga elektroner vid en temperatur över absolut noll. När det externa elektriska fältet appliceras runt materialet uppnår elektronerna hastighet och tenderar att röra sig mot den positiva riktningen, och elektronernas nettohastighet kommer att vara i en riktning. Elektronen kommer att röra sig i riktning mot det applicerade elektriska fältet. Här ger inte elektronen upp sin slumpmässiga rörelse utan växlar mot högre potential med sin slumpmässiga rörelse.
Strömmen som produceras av denna rörelse av elektroner mot den högre potentialen kallas drivströmmen. Således kan man säga att varje ström som produceras i ett ledarmaterial är en drivström.
Drifthastighet Härledning
Att härleda uttryck för drivhastighet , dess samband med elektronernas rörlighet och effekten av applicerat externt elektriskt fält måste vara känt. Rörligheten hos en elektron definieras som dess drifthastighet för ett enhetens elektriska fält. Det elektriska fältet är proportionellt mot strömmen. Således Ohms lag kan skrivas som
F = -μE .—— (1)
där μ är elektronens rörlighet mätt som mtvå/ V.sec
E är det elektriska fältet uppmätt som V / m
vi vet att F = ma, ersättare i (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
sluthastighet u = v + at
Här v = 0, t = T, vilket är avspänningstiden för elektron
Därför är u = aT, ersätter i (2)
∴ u = - (μE / m) T
Här är u drivhastigheten, mätt som m / s.
Detta ger det sista uttrycket. De JA enhet för drivhastighet är m / s eller mtvå/(V.s) & V / m
Drift Velocity Formula
Denna formel används för att hitta elektronhastighetens drivhastighet i en strömförande ledare. När elektroner med densitet n och laddning Q får en ström 'I' att strömma genom en ledare med tvärsnittsarea A, kan drivhastighet v beräknas med formeln I = nAvQ.
En ökning av den applicerade externa elektriska fältintensiteten får elektronerna att accelerera snabbare mot en positiv riktning, motsatt riktningen för det applicerade elektriska fältet.
Förhållandet mellan drivhastighet och elektrisk ström
Varje ledare innehåller slumpmässigt rörliga fria elektroner i den. Rörelse av elektroner i en riktning orsakad av drifthastigheten genererar en ström. Elektronens drivhastighet är mycket liten, vanligtvis i termer av 10-1Fröken. Med denna hastighet kommer det således att ta en elektron vanligtvis 17 minuter att passera genom en ledare med en längd på en meter.
drivhastighet-av-elektroner
Det betyder att om vi slår på en elektrisk lampa ska den tändas efter 17 minuter. Men vi kan slå på den elektriska lampan i vårt hem med en blixthastighet med en strömbrytare. Detta beror på att hastigheten för den elektriska strömmen inte beror på elektronens drivhastighet.
Elektrisk ström rör sig med en ljushastighet. Det är inte fastställt med elektronernas drivhastighet i materialet. Således kan det variera i material men hastigheten för elektrisk ström alltid fastställd på ljusets hastighet.
Förhållandet mellan aktuell densitet och drifthastighet
Strömtäthet definieras som den totala mängden ström som passerar per tidsenhet genom per enhetens tvärsnittsarea för ledaren. Från formeln för drivhastighet ges strömmen som
I = nAvQ
så kan strömtätheten J när tvärsnittsarea och drivhastighet anges beräknas som
J = I / A = nvQ
där v är elektronernas drivhastighet. Strömtätheten mäts som ampere per kvadratmeter. Från formeln kan man således säga att drivhastigheten för elektronerna hos en ledare och dess strömtäthet är direkt proportionell mot varandra. När drivhastigheten ökar med ökningen av den elektriska fältintensiteten ökar också strömmen som strömmar genom per tvärsnittsarea.
Rupprymdhet mellan drifthastighet och avkopplingstid
I en ledare rör sig elektroner slumpmässigt som gasmolekyler. Under denna rörelse kolliderar de med varandra. Elektronens avslappningstid är den tid som elektronen kräver för att återgå till sitt ursprungliga jämviktsvärde efter kollisionen. Denna avkopplingstid är direkt proportionell mot den applicerade externa elektriska fältstyrkan. Större tid för det elektriska fältet, mer tid som elektroner behöver för att komma till initialvikt efter att fältet har tagits bort.
Avkopplingstid definieras också som den tid under vilken elektronen kan röra sig fritt mellan på varandra följande kollisioner med andra joner.
När kraften på grund av det applicerade elektriska fältet är eE, kan V ges som
V = (eE / m) T
där T är avslappningstiden för elektronerna.
Drift Velocity Expression
När rörlighet μ av laddningsbärarna och styrkan hos det applicerade elektriska fältet E anges, då Ohms lag i termer av drivhastighet kan uttryckas som
V = μE
S.I-enheterna för elektronens rörlighet är mtvå/ V-s.
S.I-enheter av det elektriska fältet E är V / m.
Således är S.I-enheten för v m / s. Denna S.I-enhet är också känd som Axial Drift Velocity.
Således rör sig elektroner i ledaren slumpmässigt även när inget externt elektriskt fält appliceras. Men den nettohastighet som produceras av dem avbryts på grund av slumpmässiga kollisioner, så nätströmmen blir noll. Således hjälper förhållandet mellan elektrisk ström, strömtäthet och drivhastighet i korrekt flöde av elektrisk ström genom förare . Vad är en driftström?
