Τι είναι η ταχύτητα μετατόπισης και η ώρα χαλάρωσης της ορμής;

Χρόνος χαλάρωσης και χαλάρωσης ορμής:

ταχύτητα μετατόπισης και Χρόνος χαλάρωσης ορμής είναι δύο βασικές έννοιες στην κατανόηση της κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων, ιδιαίτερα στο πλαίσιο της ηλεκτρικής αγωγιμότητας στα υλικά.

1. Ταχύτητα μετατόπισης (VD):

* Ορισμός: Η μέση ταχύτητα που επιτυγχάνεται από φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια ή οπές) σε ένα υλικό υπό την επήρεια ενός ηλεκτρικού πεδίου.

* Επεξήγηση: Φανταστείτε έναν αγωγό με δωρεάν ηλεκτρόνια. Όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο, τα ηλεκτρόνια βιώνουν μια δύναμη και αρχίζουν να επιταχύνουν. Ωστόσο, δεν επιταχύνουν επ 'αόριστον επειδή συγκρούονται συνεχώς με τα άτομα του αγωγού. Αυτές οι συγκρούσεις αναγκάζουν τα ηλεκτρόνια να χάσουν την ορμή και να αλλάξουν την κατεύθυνση. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι μια αργή, σταθερή μετατόπιση των ηλεκτρονίων προς την κατεύθυνση αντίθετη προς το ηλεκτρικό πεδίο. Αυτή η μέση ταχύτητα μετατόπισης ονομάζεται ταχύτητα μετατόπισης.

* Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα μετατόπισης:

* Η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου (e): Υψηλότερο το ηλεκτρικό πεδίο, ταχύτερα η επιτάχυνση και η ταχύτητα μετατόπισης.

* Κινητικότητα ηλεκτρονίων (μ): Ένα μέτρο του πόσο εύκολα τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσω του υλικού. Η υψηλότερη κινητικότητα οδηγεί σε υψηλότερη ταχύτητα μετατόπισης.

* Θερμοκρασία: Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια συγκρούονται συχνότερα, μειώνοντας την ταχύτητα μετατόπισης.

2. Χρόνος χαλάρωσης ορμής (τ):

* Ορισμός: Ο μέσος χρόνος μεταξύ των συγκρούσεων ενός φορτισμένου σωματιδίου με τα άτομα του υλικού.

* Επεξήγηση: Κατά τη διάρκεια του χρόνου μεταξύ των συγκρούσεων, το φορτισμένο σωματίδιο επιταχύνεται υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου. Οι συγκρούσεις προκαλούν το σωματίδιο να χάσει τη δυναμική του και να αρχίσει να κινείται τυχαία ξανά. Ο μέσος χρόνος μεταξύ αυτών των συγκρούσεων είναι ο χρόνος χαλάρωσης της ορμής.

* Παράγοντες που επηρεάζουν τον χρόνο χαλάρωσης της ορμής:

* Θερμοκρασία: Η υψηλότερη θερμοκρασία οδηγεί σε συχνότερες συγκρούσεις, μειώνοντας τον χρόνο χαλάρωσης της ορμής.

* Ιδιότητες υλικού: Τα διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές ατομικές δομές και κρυστάλλινες ατέλειες, οι οποίες επηρεάζουν τη συχνότητα σύγκρουσης και τον χρόνο χαλάρωσης.

Σχέση μεταξύ ταχύτητας μετατόπισης και χρόνου χαλάρωσης ορμής:

Η ταχύτητα μετατόπισης (VD) είναι άμεσα ανάλογη προς το ηλεκτρικό πεδίο (E) και ο χρόνος χαλάρωσης ορμής (τ):

vd =μΕ =(eτ/m) e

Οπου:

* E είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου

* m είναι η μάζα του ηλεκτρονίου

Σημασία:

Η κατανόηση της ταχύτητας μετατόπισης και του χρόνου χαλάρωσης ορμής είναι ζωτικής σημασίας για:

* Κατανόηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας: Η υψηλότερη ταχύτητα μετατόπισης και ο μεγαλύτερος χρόνος χαλάρωσης οδηγούν σε υψηλότερη αγωγιμότητα.

* Σχεδιασμός Υλικών για συγκεκριμένες εφαρμογές: Ο έλεγχος της ταχύτητας μετατόπισης και του χρόνου χαλάρωσης επιτρέπει την προσαρμογή των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των υλικών για συγκεκριμένες εφαρμογές, όπως σε τρανζίστορ ή ηλιακά κύτταρα.

* Ανάλυση μεταφοράς ηλεκτρονίων σε διαφορετικά υλικά: Βοηθά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα από διαφορετικά υλικά και πώς επηρεάζεται η κίνηση τους από διάφορους παράγοντες όπως η θερμοκρασία, οι ακαθαρσίες και το ηλεκτρικό πεδίο.

Συνοπτικά:

Η ταχύτητα μετατόπισης είναι η μέση ταχύτητα φορτισμένων σωματιδίων κάτω από ένα ηλεκτρικό πεδίο, που επηρεάζεται από την αντοχή του ηλεκτρικού πεδίου, την κινητικότητα των ηλεκτρονίων και τη θερμοκρασία. Ο χρόνος χαλάρωσης ορμής είναι ο μέσος χρόνος μεταξύ των συγκρούσεων, που επηρεάζονται από τις ιδιότητες θερμοκρασίας και υλικού. Και οι δύο διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στον προσδιορισμό της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των υλικών.