Mọi vật chất đều được tạo thành từ các nguyên tử mà lần lượt được cấu tạo bởi các electron mang điện tích âm. Các electron mang điện tích âm này di chuyển theo các hướng ngẫu nhiên trong nguyên tử. Sự chuyển động này của các electron tạo ra điện lực . Nhưng do chuyển động ngẫu nhiên của chúng, vận tốc trung bình của các electron trong vật liệu trở thành không. Người ta quan sát thấy rằng khi một hiệu điện thế được đặt vào các đầu của vật liệu, các điện tử có trong vật liệu sẽ nhận được một lượng vận tốc nhất định gây ra dòng chảy ròng nhỏ theo một hướng. Vận tốc làm cho các electron chuyển động theo một hướng nhất định được gọi là Vận tốc Trôi.
Vận tốc Trôi là gì?
Vận tốc trung bình mà các electron chuyển động ngẫu nhiên đạt được khi có điện trường bên ngoài tác dụng làm cho các electron chuyển động về một hướng được gọi là Vận tốc Trôi.
Mọi vật liệu dẫn đều chứa các electron tự do, chuyển động ngẫu nhiên ở nhiệt độ trên độ không tuyệt đối. Khi đặt điện trường ngoài xung quanh vật liệu, các electron đạt được vận tốc và có xu hướng chuyển động theo chiều dương, và vận tốc thuần của các electron sẽ theo một hướng. Electron sẽ chuyển động theo hướng của điện trường. Ở đây electron không từ bỏ tính ngẫu nhiên của chuyển động mà chuyển sang thế năng cao hơn với chuyển động ngẫu nhiên của chúng.
Dòng điện được tạo ra bởi sự chuyển động này của các electron về phía thế năng cao hơn được gọi là Dòng Trôi. Như vậy, người ta có thể nói rằng mọi dòng điện được tạo ra trong vật liệu dẫn điện đều là Dòng điện Trôi.
Vận tốc trôi dạt Nguồn gốc
Để lấy được biểu thức cho vận tốc trôi , mối quan hệ của nó với tính linh động của các electron và tác dụng của điện trường bên ngoài được áp dụng phải được biết đến. Chuyển động của một electron được định nghĩa là nó là Vận tốc Trôi đối với một điện trường đơn vị. Điện trường tỉ lệ với cường độ dòng điện. Do đó Định luật Ohm có thể được viết như
F = -μE .—— (1)
trong đó μ là độ linh động của electron được đo bằng mhai/ V.sec
E là điện trường đo được là V / m
chúng ta biết rằng F = ma, thay thế trong (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
vận tốc cuối cùng u = v + at
Ở đây v = 0, t = T, là thời gian thư giãn của electron
Do đó u = aT, thay thế vào (2)
∴ u = - (μE / m) T
Ở đây, u là vận tốc Drift, được đo bằng m / s.
Điều này đưa ra biểu thức cuối cùng. Các ĐÚNG đơn vị của vận tốc trôi là m / s hoặc mhai/(V.s) và V / m
Công thức vận tốc Drift
Công thức này được sử dụng để tìm vận tốc trôi của các electron trong vật dẫn mang dòng điện. Khi các electron có mật độ n và điện tích Q gây ra dòng điện I chạy qua một dây dẫn có tiết diện A, vận tốc trôi v có thể được tính theo công thức I = nAvQ.
Cường độ điện trường ngoài tăng lên làm cho các êlectron tăng tốc nhanh hơn theo chiều dương, ngược với chiều của điện trường đặt vào.
Mối quan hệ giữa vận tốc trôi và dòng điện
Mọi vật dẫn đều chứa các electron tự do chuyển động ngẫu nhiên trong đó. Chuyển động của các electron theo một hướng gây ra bởi vận tốc Drift tạo ra một dòng điện. Vận tốc trôi của một điện tử rất nhỏ thường là 10-1bệnh đa xơ cứng. Như vậy, với lượng vận tốc này, thường thì một electron sẽ mất 17 phút để đi qua một vật dẫn dài một mét.
vận tốc trôi của electron
Điều đó có nghĩa là nếu chúng ta bật bóng đèn điện, nó sẽ bật sau 17 phút. Nhưng chúng ta có thể bật bóng điện trong nhà với tốc độ cực nhanh chỉ bằng một cái gạt công tắc. Điều này là do tốc độ của dòng điện không phụ thuộc vào vận tốc trôi của electron.
Dòng điện chuyển động với tốc độ ánh sáng. Nó không được thiết lập với vận tốc trôi của các electron trong vật liệu. Do đó, nó có thể khác nhau về chất liệu nhưng tốc độ của dòng điện luôn được xác lập trên tốc độ ánh sáng.
Mối quan hệ giữa mật độ hiện tại và vận tốc trôi
Mật độ dòng điện được định nghĩa là tổng lượng dòng điện đi qua trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn. Từ công thức của vận tốc trôi, dòng điện được cho là
I = nAvQ
do đó, mật độ dòng điện J khi diện tích mặt cắt ngang và vận tốc trôi được đưa ra có thể được tính như
J = I / A = nvQ
trong đó v là vận tốc trôi của các electron. Mật độ dòng điện được đo bằng Ampe trên mét vuông. Như vậy, từ công thức, có thể nói rằng vận tốc trôi của các electron của một vật dẫn và mật độ dòng điện của nó tỷ lệ thuận với nhau. Khi vận tốc trôi tăng cùng với sự tăng cường độ điện trường, dòng điện chạy qua trên mỗi diện tích mặt cắt ngang cũng tăng.
Rsự phấn khích giữa Vận tốc Trôi và Thời gian Thư giãn
Trong một vật dẫn, các electron chuyển động ngẫu nhiên như các phân tử khí. Trong quá trình chuyển động này, chúng va chạm với nhau. Thời gian giãn của êlectron là thời gian cần thiết để êlectron trở về giá trị cân bằng ban đầu sau va chạm. Thời gian thư giãn này tỷ lệ thuận với cường độ điện trường bên ngoài tác dụng. Thời gian điện trường càng lớn thì thời gian cần thiết của các êlectron để đạt trạng thái cân bằng ban đầu sau khi bứt điện trường.
Thời gian giãn ra cũng được định nghĩa là thời gian mà electron có thể chuyển động tự do giữa các va chạm liên tiếp với các ion khác.
Khi lực do điện trường tác dụng là eE thì V có thể được cho là
V = (eE / m) T
trong đó T là thời gian giãn của các electron.
Biểu thức tốc độ trôi
Khi mà di động μ của hạt tải điện và cường độ của điện trường tác dụng E được cho trước, khi đó định luật Ohm về vận tốc trôi có thể được biểu thị bằng
V = μE
Đơn vị S.I cho độ linh động của electron là mhai/ V-s.
S.I đơn vị của điện trường E là V / m.
Do đó, đơn vị S.I cho v là m / s. Đơn vị S.I này còn được gọi là Vận tốc Trượt trục.
Do đó, các electron có trong vật dẫn di chuyển ngẫu nhiên ngay cả khi không có điện trường bên ngoài tác dụng. Nhưng vận tốc thực do chúng tạo ra bị hủy bỏ do va chạm ngẫu nhiên, do đó, dòng điện thực sẽ bằng không. Do đó, mối quan hệ giữa dòng điện, mật độ dòng điện và vận tốc trôi giúp dòng điện chạy qua người lái xe . Dòng điện Drift là gì?
