O que é velocidade de deriva dos elétrons com derivação

Todo material é feito de átomos que, por sua vez, são compostos de elétrons carregados negativamente. Esses elétrons carregados negativamente se movem em direções aleatórias dentro do átomo. Este movimento de elétrons gera eletricidade . Mas, devido ao seu movimento aleatório, a velocidade média dos elétrons em um material torna-se zero. Observou-se que quando uma diferença de potencial é aplicada às extremidades de um material, os elétrons presentes no material adquirem uma certa velocidade que causa um pequeno fluxo líquido em uma direção. Essa velocidade que faz com que os elétrons se movam em uma determinada direção é conhecida como Velocidade de Deriva.

O que é um Drift Velocity?

A velocidade média atingida por elétrons em movimento aleatório quando o campo elétrico externo é aplicado, o que faz com que os elétrons se movam em uma direção, é chamada de Velocidade de Deriva.

Todo material condutor contém elétrons livres que se movem aleatoriamente a uma temperatura acima do zero absoluto. Quando o campo elétrico externo é aplicado ao redor do material, os elétrons atingem velocidade e tendem a se mover na direção positiva, e a velocidade líquida dos elétrons será em uma direção. O elétron se moverá na direção do campo elétrico aplicado. Aqui o elétron não desiste de sua aleatoriedade de movimento, mas se desloca para um potencial mais alto com seu movimento aleatório.

A corrente produzida por esse movimento dos elétrons em direção ao potencial mais alto é chamada de corrente de deriva. Assim, pode-se dizer que toda corrente produzida em um material condutor é uma corrente de deriva.

Velocidade de deriva Derivação

Para derivar o expressão para velocidade de deriva , sua relação com a mobilidade dos elétrons e o efeito do campo elétrico externo aplicado devem ser conhecidos. A mobilidade de um elétron é definida como sua velocidade de deriva para um campo elétrico unitário. O campo elétrico é proporcional à corrente. Assim, o Lei de Ohm pode ser escrito como

F = -μE .—— (1)

onde μ é a mobilidade do elétron medida como m^dois/ V.sec

E é o campo elétrico medido como V / m

sabemos que F = ma, substitua em (1)

a = F / m = -μE / m ———- (2)

velocidade final u = v + em

Aqui v = 0, t = T, que é o tempo de relaxamento do elétron

Portanto, u = aT, substitua em (2)

∴ u = - (μE / m) T

Aqui, u é a velocidade de deriva, medida em m / s.

Isso dá a expressão final. O SIM unidade de velocidade de deriva é m / s ou m^dois/(V.s) & V / m

Fórmula de velocidade de deriva

Esta fórmula é usada para encontrar o velocidade de deriva dos elétrons em um condutor de corrente. Quando os elétrons com densidade ne carga Q fazem com que uma corrente 'I' flua através de um condutor de área transversal A, a velocidade de deriva v pode ser calculada através da fórmula I = nAvQ.

Um aumento na intensidade do campo elétrico externo aplicado faz com que os elétrons acelerem mais rapidamente em uma direção positiva, oposta à direção do campo elétrico aplicado.

A relação entre velocidade de deriva e corrente elétrica

Cada condutor contém elétrons livres que se movem aleatoriamente. O movimento dos elétrons em uma direção causado pela velocidade de deriva gera uma corrente. A velocidade de deriva de um elétron é muito pequena, geralmente em termos de 10^-1em. Assim, com essa quantidade de velocidade, um elétron levará geralmente 17 minutos para passar por um condutor de comprimento de um metro.

deriva-velocidade-de-elétrons

Isso significa que, se ligarmos uma lâmpada elétrica, ela deve acender após 17 minutos. Mas podemos ligar a lâmpada elétrica em nossa casa na velocidade da luz com um toque de um botão. Isso ocorre porque a velocidade da corrente elétrica não depende da velocidade de deriva do elétron.

A corrente elétrica se move com a velocidade da luz. Não é estabelecido com a velocidade de deriva dos elétrons no material. Assim, pode variar em material, mas a velocidade da corrente elétrica sempre estabelecida na velocidade da luz.

A relação entre densidade atual e velocidade de deriva

A densidade de corrente é definida como a quantidade total de corrente que passa por unidade de tempo por unidade de área de seção transversal do condutor. A partir da fórmula da velocidade de deriva, a corrente é dada como

I = nAvQ

então, a densidade de corrente J quando a área da seção transversal e a velocidade de deriva são fornecidas pode ser calculada como

J = I / A = nvQ

onde v é a velocidade de deriva dos elétrons. A densidade da corrente é medida em Amperes por metro quadrado. Assim, a partir da fórmula, pode-se dizer que a velocidade de deriva dos elétrons de um condutor e sua densidade de corrente são diretamente proporcionais entre si. À medida que a velocidade de deriva aumenta com o aumento da intensidade do campo elétrico, a corrente que flui por área de seção transversal também aumenta.

O Relação entre a velocidade de deriva e o tempo de relaxamento

Em um condutor, os elétrons se movem aleatoriamente como moléculas de gás. Durante este movimento, eles colidem um com o outro. O tempo de relaxamento do elétron é o tempo necessário para o elétron retornar ao seu valor de equilíbrio inicial após a colisão. Este tempo de relaxamento é diretamente proporcional à intensidade do campo elétrico externo aplicado. Quanto maior o tempo de campo elétrico, mais o tempo necessário para que os elétrons cheguem ao equilíbrio inicial após a remoção do campo.

O tempo de relaxamento também é definido como o tempo durante o qual o elétron pode se mover livremente entre colisões sucessivas com outros íons.

Quando a força devido ao campo elétrico aplicado é eE, então V pode ser dado como

V = (eE / m) T

onde T é o tempo de relaxamento dos elétrons.

Expressão de velocidade de deriva

Quando o mobilidade μ dos portadores de carga e a força do campo elétrico aplicado E são dados, então a lei de Ohm em termos de velocidade de deriva pode ser expressa como

V = μE

As unidades S.I para a mobilidade do elétron são m^dois/ V-s.

As unidades S.I do campo elétrico E são V / m.

Assim, a unidade S.I para v é m / s. Esta unidade S.I também é conhecida como Axial Drift Velocity.

Assim, os elétrons presentes no condutor movem-se aleatoriamente, mesmo quando nenhum campo elétrico externo é aplicado. Mas a velocidade líquida produzida por eles é cancelada devido a colisões aleatórias, então, a corrente líquida será zero. Assim, a relação entre corrente elétrica, densidade de corrente e velocidade de deriva auxilia no fluxo adequado de corrente elétrica através do motorista . O que é uma corrente de deriva?