Ταχύτητα ολίσθησης

Εισαγωγή

Όταν πρόκειται για τη φυσική, ταχύτητα μετατόπισης είναι ένα σημαντικό θέμα που έχει σημαντική αξία στους συνολικούς βαθμούς στην ενότητα της φυσικής. Τα άλλα σχετικά θέματα περιλαμβάνουν την κινητικότητα ενός ηλεκτρονίου , τον τύπο υπολογισμού αυτής της ταχύτητας , και την καθαρή ταχύτητα των ηλεκτρονίων .

Ορισμός της ταχύτητας μετατόπισης

Κάθε υλικό έχει αιωρούμενα ηλεκτρόνια στις υποατομικές του διαμορφώσεις. Αυτά τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε τυχαία κίνηση όταν δεν εφαρμόζεται εξωτερικό πεδίο στο υλικό. Ωστόσο, στο ηλεκτρικό πεδίο, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια αποκτούν φορτίο και σιγά-σιγά τείνουν να ευθυγραμμίζονται σε παρόμοια κατεύθυνση με το ηλεκτρικό πεδίο. Έτσι, ταχύτητα μετατόπισης είναι γνωστή ως η καθαρή ή μέση ταχύτητα με την οποία παρασύρονται τα φορτισμένα σωματίδια παρουσία τέτοιων ηλεκτρικών πεδίων.

Κατανόηση της καθαρής ή της μέσης ταχύτητας

Όλα τα αγώγιμα υλικά πάνω από το μηδέν Kelvin έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια στις υποατομικές τους διαμορφώσεις, τα οποία κινούνται με αυθαίρετη ταχύτητα. Παρουσία ηλεκτρικού δυναμικού γύρω από αυτόν τον αγωγό, αυτά τα ελεύθερα σωματίδια τείνουν να ευθυγραμμίζονται προς τη θετική κατεύθυνση. Επιπλέον, καθώς τα ηλεκτρόνια παρασύρονται, συνεχίζουν να συγκρούονται με άλλα σωματίδια με αποτέλεσμα την απώλεια της κινητικής τους ενέργειας.

Το σταθερό ηλεκτρικό πεδίο διασφαλίζει την επιτάχυνση των φορτισμένων σωματιδίων με αποτέλεσμα συχνές συγκρούσεις. Εφόσον η επιτάχυνση συμβαίνει προς την κατεύθυνση του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου, η μέση ταχύτητα αυτών των ηλεκτρονίων εμφανίζεται στην ίδια κατεύθυνση αυτού του εφαρμοσμένου πεδίου.

Έτσι, η καθαρή ταχύτητα των ηλεκτρονίων είναι πάντα σε παρόμοια κατεύθυνση του πεδίου, ανεξάρτητα από τις μικρές μετατοπίσεις από τα ηλεκτρόνια.

Κατανόηση της κινητικότητας ενός ηλεκτρονίου

Έστω Vd η ταχύτητα μετατόπισης και Ε είναι το ηλεκτρικό πεδίο που εφαρμόζεται στον αγωγό, τότε η κινητικότητα «μ» αντιπροσωπεύεται ως:

μ=VdE

Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα μετατόπισης:

Οι κύριοι παράγοντες βάσει των οποίων η μετακίνηση της ταχύτητας είναι εξαρτώμενο είναι:

•     Θερμοκρασία: Με την αύξηση της θερμοκρασίας, τα άτομα του υλικού αρχίζουν να δονούνται με μεγάλη ταχύτητα. Ως εκ τούτου, η σχετική κίνηση των ηλεκτρονίων αυξάνεται. Έτσι, ταχύτητα μετατόπισης αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του αγωγού.
•     Πιθανή διαφορά: Η διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται σε όλη τη διατομή των αγωγών αυξάνει το ρεύμα που διαρρέει. Αυτή η αύξηση του ρεύματος αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να δονούνται γρήγορα. Έτσι, με αύξηση της διαφοράς δυναμικού, η ταχύτητα μετατόπισης των ηλεκτρονίων αυξάνεται.
•     Περιοχή: Όσο περισσότερη επιφάνεια απαιτείται να καλυφθεί από τα ηλεκτρόνια μειώνει την ενέργειά τους. Τα ηλεκτρόνια προτιμούν να περνούν από τη μικρότερη απόσταση, η οποία αυξάνεται σημαντικά με την αύξηση της περιοχής διατομής του αγωγού. Ως εκ τούτου, με μια αύξηση στην περιοχή διατομής του αγωγού, η ταχύτητα μετατόπισης του αγωγού μειώνεται. Έτσι, η περιοχή του αγωγού και η ταχύτητα μετατόπισής του είναι αντιστρόφως ανάλογες μεταξύ τους.

Ο τύπος για τον υπολογισμό της ταχύτητας μετατόπισης:

Ας ‘ I’ είναι το φορτίο που διέρχεται από ένα αγώγιμο υλικό σε αμπέρ,

«n» είναι ο συνολικός αριθμός φορτισμένων σωματιδίων ή ηλεκτρονίων,

Το 'A' είναι η περιοχή διατομής του υλικού,

Το 'vd' είναι η ταχύτητα μετατόπισης των φορτισμένων σωματιδίων στο υλικό και

Το "Q" είναι το φορτίο ηλεκτρονίων σε Coulombs.

Στη συνέχεια,

I=nAv d Ε

Ηλεκτρικό ρεύμα και ταχύτητα μετατόπισης:

Η ταχύτητα μετατόπισης ενός φορτισμένου σωματιδίου είναι απειροελάχιστα μικρό και μετράται ότι είναι περίπου 10-3 ms-1. Έτσι, εάν τα ηλεκτρόνια κινούνται με τόσο χαμηλή ταχύτητα, χρειάζονται περίπου δεκαεπτά λεπτά για να ρέουν μέσα από ένα αγώγιμο υλικό μήκους ενός μέτρου. Ωστόσο, αυτή η ταχύτητα δεν επηρεάζει τη λειτουργία των ηλεκτρικών συσκευών στο σπίτι. Είναι επειδή το ρεύμα ρέει αρκετά γρήγορα, συνήθως με ταχύτητα φωτός και όχι με την ταχύτητα με την οποία τα σωματίδια παρασύρονται μέσα στο υλικό.

Ως εκ τούτου, παρατηρείται ότι το ηλεκτρικό ρεύμα δεν οφείλεται στην ταχύτητα μετατόπισης των ηλεκτρονίων. Το ρεύμα που διέρχεται από έναν αγωγό οφείλεται στο εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο στις διατομές του. Δεν υπάρχει σημαντική συμβολή της ταχύτητας μετατόπισης σε ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από έναν αγωγό.

Πυκνότητα ρεύματος και ταχύτητα μετατόπισης:

Η πυκνότητα ρεύματος ορίζεται ως η ποσότητα φορτίου ανά μονάδα χρόνου που ρέει σε μια μονάδα διατομής ενός αγώγιμου υλικού. Η σχέση μεταξύ πυκνότητας ρεύματος και ταχύτητας μετατόπισης επισημοποιείται ως:

J =I/A.

Εδώ, το «J» είναι η πυκνότητα ρεύματος. Είδαμε στην προηγούμενη ενότητα ότι η ταχύτητα μετατόπισης υπολογίζεται με τον τύπο:

I =nAv d Ε

όπου

Το «I» είναι το φορτίο που διέρχεται από ένα αγώγιμο υλικό.

«n» είναι ο συνολικός αριθμός φορτισμένων σωματιδίων ή ηλεκτρονίων,

Το 'A' είναι η περιοχή διατομής του υλικού,

Το 'vd' είναι η ταχύτητα μετατόπισης των φορτισμένων σωματιδίων στο υλικό, και

Το "Q" είναι το φορτίο ηλεκτρονίων σε Coulombs.

Έτσι, αντικαθιστώντας τις τιμές για το «I» σε πυκνότητα ρεύματος, έχουμε το ακόλουθο αποτέλεσμα:

J =nv d Ε.

Με άλλα λόγια, η ταχύτητα μετατόπισης είναι ευθέως ανάλογη με την πυκνότητα ρεύματος των φορτισμένων σωματιδίων. Επιπλέον, με την αύξηση της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου, η ταχύτητα αυξάνεται με αποτέλεσμα μια σημαντική αύξηση στην ποσότητα του ρεύματος που διέρχεται από το αγώγιμο υλικό.

Συμπέρασμα:

Ελπίζουμε ότι αυτό το σύντομο άρθρο θα μπορούσε να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τα βασικά της ταχύτητας μετατόπισης, ένας γρήγορος τύπος υπολογισμού της ταχύτητας μετατόπισης , και την κινητικότητα των ηλεκτρονίων . Είναι η μέση ταχύτητα των φορτισμένων σωματιδίων ή ηλεκτρονίων. Η καθιερωμένη σχέση μεταξύ αυτής της ταχύτητας και του ηλεκτρικού ρεύματος βοηθά στην περαιτέρω συσχέτισή της με την πυκνότητα του ρεύματος.