Prędkość dryfu

Schemat dryfu elektronów w przewodniku elektrycznym

Prędkość dryfu (prędkość unoszenia) – średnia prędkość jaką ma cząstka (elektron, dziura, jon itp.) w materiale, w którym płynie prąd elektrycznySzablon:R. Używanie tego pojęcia w odniesieniu do cząstek w próżni nie ma sensu, gdyż są one przyspieszane a ich prędkość zależy od różnicy potencjałów, ich masy i miejsca. W przypadku zaś ośrodków materialnych (ciało stałe, ciecz, gaz itp.) ruch przyspieszanej cząstki jest spowalniany przez oddziaływania z siecią krystaliczną (w ciele stałym) lub inne cząstki (w cieczy, gazie). W układzie będącym w stanie równowagi prędkość cząstek podlegają pewnemu rozkładowi. Nawet gdy nie ma możliwości poznania go, można posługiwać się mierzalną wielkością makroskopową: średnią prędkością cząstki, czyli właśnie prędkością dryfu.

Prędkość dryfu elektronów w przewodniku o długości $l,$ w którym płynie prąd stały, można określić na podstawie koncentracji elektronów przewodnictwa $n,$ pola przekroju poprzecznego $S$ i natężenia prądu $I$Szablon:R.

W objętości $V$ przewodnika jest $N$ elektronów przewodnictwa:

$N=nV=nSl$

Ich sumaryczny ładunek wynosi zatem:

$q=nSle=Ne$

Natężenie prądu w przewodzie jest równe:

$I=\frac{q}{t}=\frac{lnSe}{t}$

Prędkość dryfu to:

$v_d=\frac{l}{t}$

Stąd wynika:

$v_d=\frac{I}{nSe}$

Prędkość dryfu można także wyrazić przez gęstość prąduSzablon:R:

$j=\frac{I}{S}$

$v_d=\frac{j}{ne}$

Elektrony mają ładunek ujemny, więc wektory $\overrightarrow{v_d}$ i $\overrightarrow{j}$ mają przeciwne zwroty.

Podstawiając przykładowe dane, odpowiadające silnie obciążonemu przewodowi w instalacji elektrycznej:

$I=10\mathrm{A},S=1{\mathrm{m}\mathrm{m}}^2,n=8,5\cdot 10^{28}{\mathrm{m}}^{-3}$

Otrzymujemy:

$v_d=7,352\cdot 10^{-4}\frac{m}{s}$

Zobacz też

• model Drudego