Todo material está formado por átomos que a su vez están compuestos por electrones cargados negativamente. Estos electrones cargados negativamente se mueven en direcciones aleatorias dentro del átomo. Este movimiento de electrones genera electricidad . Pero debido a su movimiento aleatorio, la velocidad promedio de los electrones en un material se vuelve cero. Se observó que cuando se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un material, los electrones presentes en el material adquieren una cierta cantidad de velocidad que provoca un pequeño flujo neto en una dirección. Esta velocidad que hace que los electrones se muevan en una determinada dirección se conoce como velocidad de deriva.
¿Qué es una velocidad de deriva?
La velocidad media alcanzada por los electrones en movimiento aleatorio cuando se aplica el campo eléctrico externo, que hace que los electrones se muevan hacia una dirección, se llama Velocidad de deriva.
Cada material conductor contiene electrones libres que se mueven aleatoriamente a una temperatura superior al cero absoluto. Cuando el campo eléctrico externo se aplica alrededor del material, los electrones alcanzan velocidad y tienden a moverse hacia la dirección positiva, y la velocidad neta de los electrones será en una dirección. El electrón se moverá en la dirección del campo eléctrico aplicado. Aquí, el electrón no renuncia a su movimiento aleatorio, sino que se desplaza hacia un potencial más alto con su movimiento aleatorio.
La corriente producida por este movimiento de electrones hacia el potencial más alto se llama Corriente de deriva. Por tanto, se puede decir que toda corriente producida en un material conductor es una corriente de deriva.
Velocidad de deriva Derivación
Para derivar el expresión de velocidad de deriva , es necesario conocer su relación con la movilidad de los electrones y el efecto del campo eléctrico externo aplicado. La movilidad de un electrón se define como su velocidad de deriva para una unidad de campo eléctrico. El campo eléctrico es proporcional a la corriente. Por lo tanto, la Ley de Ohm Se puede escribir como
F = -μE .—— (1)
donde μ es la movilidad del electrón medida como m2/ V.seg
E es el campo eléctrico medido como V / m
sabemos que F = ma, sustituto en (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
velocidad final u = v + en
Aquí v = 0, t = T, que es el tiempo de relajación del electrón
Por lo tanto u = aT, sustituya en (2)
∴ u = - (μE / m) T
Aquí, u es la velocidad de deriva, medida como m / s.
Esto da la expresión final. los SI unidad de velocidad de deriva es m / so metro2/(V.s) y V / m
Fórmula de velocidad de deriva
Esta fórmula se usa para encontrar el velocidad de deriva de los electrones en un conductor portador de corriente. Cuando los electrones con densidad n y carga Q hacen que una corriente 'I' fluya a través de un conductor de área A de sección transversal, la velocidad de deriva v se puede calcular mediante la fórmula I = nAvQ.
Un aumento en la intensidad del campo eléctrico externo aplicado hace que los electrones se aceleren más rápidamente hacia una dirección positiva, opuesta a la dirección del campo eléctrico aplicado.
La relación entre la velocidad de deriva y la corriente eléctrica
Cada conductor contiene electrones libres que se mueven aleatoriamente. El movimiento de electrones en una dirección causado por la velocidad de deriva genera una corriente. La velocidad de deriva de un electrón es muy pequeña generalmente en términos de 10-1Sra. Por lo tanto, con esta cantidad de velocidad, un electrón tardará generalmente 17 minutos en atravesar un conductor de un metro de longitud.
velocidad de deriva de los electrones
Eso significa que si encendemos una bombilla eléctrica debería encenderse después de 17 minutos. Pero podemos encender la bombilla eléctrica en nuestra casa a la velocidad del rayo con solo presionar un interruptor. Esto se debe a que la velocidad de la corriente eléctrica no depende de la velocidad de deriva del electrón.
La corriente eléctrica se mueve con la velocidad de la luz. No se establece con la velocidad de deriva de los electrones en el material. Por tanto, puede variar en material pero la velocidad de la corriente eléctrica siempre se establece sobre la velocidad de la luz.
La relación entre la densidad actual y la velocidad de deriva
La densidad de corriente se define como la cantidad total de corriente que pasa por unidad de tiempo a través de la unidad de área de sección transversal del conductor. De la fórmula de la velocidad de deriva, la corriente se da como
I = nAvQ
por lo tanto, la densidad de corriente J cuando se dan el área de sección transversal y la velocidad de deriva se puede calcular como
J = I / A = nvQ
donde v es la velocidad de deriva de los electrones. La densidad de corriente se mide en amperios por metro cuadrado. Por lo tanto, a partir de la fórmula, se puede decir que la velocidad de deriva de los electrones de un conductor y su densidad de corriente son directamente proporcionales entre sí. A medida que aumenta la velocidad de deriva con el aumento de la intensidad del campo eléctrico, también aumenta la corriente que fluye por área de sección transversal.
El reuforia entre la velocidad de deriva y el tiempo de relajación
En un conductor, los electrones se mueven aleatoriamente como moléculas de gas. Durante este movimiento, chocan entre sí. El tiempo de relajación del electrón es el tiempo que necesita el electrón para volver a su valor de equilibrio inicial después de la colisión. Este tiempo de relajación es directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico externo aplicado. Cuanto mayor es el tiempo del campo eléctrico, mayor es el tiempo que necesitan los electrones para llegar al equilibrio inicial después de que se elimina el campo.
El tiempo de relajación también se define como el tiempo durante el cual el electrón puede moverse libremente entre colisiones sucesivas con otros iones.
Cuando la fuerza debida al campo eléctrico aplicado es eE, entonces V se puede dar como
V = (eE / m) T
donde T es el tiempo de relajación de los electrones.
Expresión de velocidad de deriva
Cuando el movilidad μ de los portadores de carga y la fuerza del campo eléctrico aplicado E, entonces la ley de Ohm en términos de velocidad de deriva se puede expresar como
V = μE
Las unidades S.I para la movilidad del electrón son m2/ V-s.
Las unidades S.I del campo eléctrico E son V / m.
Por tanto, la unidad S.I para v es m / s. Esta unidad S.I también se conoce como Velocidad de deriva axial.
Por tanto, los electrones presentes en el conductor se mueven aleatoriamente incluso cuando no se aplica ningún campo eléctrico externo. Pero la velocidad neta producida por ellos se cancela debido a colisiones aleatorias, por lo que la corriente neta será cero. Por lo tanto, la relación entre la corriente eléctrica, la densidad de la corriente y la velocidad de deriva ayuda al flujo adecuado de la corriente eléctrica a través del conductor . ¿Qué es una corriente de deriva?
