Γιατί δεν είναι δυνατόν να μετρηθεί η ταχύτητα μετατόπισης για το ηλεκτρόνιο με το χρονοδιάγραμμα του ταξιδιού τους κατά μήκος του αγωγού;

Είναι εξαιρετικά δύσκολο να μετρηθεί η ταχύτητα μετατόπισης των ηλεκτρονίων, χρονολογώντας το ταξίδι τους κατά μήκος ενός αγωγού, επειδή τα ηλεκτρόνια κινούνται απίστευτα γρήγορα και οι αποστάσεις που εμπλέκονται είναι πολύ μικρές. Εδώ είναι γιατί:

1. Υψηλή ταχύτητα ηλεκτρονίων:ηλεκτρόνια σε έναν αγωγό μετακίνηση σε ταχύτητες της τάξης των 10^-4 έως 10^-3 μέτρων ανά δευτερόλεπτο. Αυτές οι ταχύτητες είναι απίστευτα γρήγορες, καθιστώντας την πρόκληση για τη μέτρηση του ακριβούς χρόνου ταξιδιού τους σε μικρές αποστάσεις.

2. Μικρές αποστάσεις ταξίδεψαν:Η απόσταση που τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν μεταξύ συγκρούσεων σε έναν αγωγό είναι γνωστή ως η μέση ελεύθερη διαδρομή και συνήθως είναι της τάξης μερικών νανομέτρων (nm) σε μικρομετρικά (μm). Η μέτρηση τέτοιων μικροσκοπικών αποστάσεων είναι πειραματικά πολύπλοκη.

3. Επιδράσεις σύγκρουσης:Τα ηλεκτρόνια σε έναν αγωγό υποβάλλονται σε συχνές συγκρούσεις με άτομα και άλλα ηλεκτρόνια. Αυτές οι συγκρούσεις αναγκάζουν τα ηλεκτρόνια να αλλάξουν την κατεύθυνση και να χάσουν ενέργεια, καθιστώντας δύσκολη την ακρίβεια της κίνησης τους με την πάροδο του χρόνου.

4. Η μέση κίνηση:Η ταχύτητα μετατόπισης των ηλεκτρονίων αντιπροσωπεύει μια μέση ταχύτητα σε μεγάλο αριθμό ηλεκτρονίων. Ενώ η καθαρή κίνηση των ηλεκτρονίων μπορεί να είναι προς μία κατεύθυνση λόγω εφαρμοσμένης τάσης, τα μεμονωμένα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται προς διάφορες κατευθύνσεις και σε διαφορετικές ταχύτητες λόγω συγκρούσεων.

5. Πειραματικοί περιορισμοί:Οι μικρές αποστάσεις και οι υψηλές ταχύτητες εμπλέκονται καθιστούν πρόκληση να δημιουργηθεί πειράματα που μπορούν να συλλάβουν τον χρόνο ταξιδιού των μεμονωμένων ηλεκτρονίων με επαρκή ακρίβεια. Οι εξειδικευμένες τεχνικές όπως η εξαιρετικά γρήγορη φασματοσκοπία λέιζερ χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της δυναμικής των ηλεκτρονίων, αλλά αυτές οι μέθοδοι έχουν τους δικούς τους περιορισμούς και πολυπλοκότητες.

Ως εναλλακτική λύση στη μέτρηση της ταχύτητας μετατόπισης με το ταξίδι ηλεκτρονίων χρονισμού, οι ερευνητές συνήθως υπολογίζουν τη χρήση της εξίσωσης ταχύτητας μετατόπισης:V_D =I / (NEA), όπου το I είναι το ρεύμα, n είναι η πυκνότητα ηλεκτρονίων, το E είναι το φορτίο ηλεκτρονίων και το Α είναι η διατομεακή περιοχή του αγωγού. Αυτή η μέθοδος παρέχει μια έμμεση μέτρηση της ταχύτητας μετατόπισης με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες και όχι τον άμεσο χρόνο.