Ποια είναι η επίδραση στην ταχύτητα μετατόπισης των ελεύθερων ηλεκτρονίων μειώνοντας το μήκος και το καλώδιο θερμοκρασίας;
ταχύτητα μετατόπισης:
* Ορισμός: Η ταχύτητα μετατόπισης είναι η μέση ταχύτητα των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό λόγω εφαρμοσμένου ηλεκτρικού πεδίου. Είναι μια αργή, κατευθυνόμενη κίνηση που επικαλύπτεται στην τυχαία θερμική κίνηση των ηλεκτρονίων.
* Φόρμουλα: v_d =(i / (naq)) Πού:
* V_D =ταχύτητα μετατόπισης
* I =ρεύμα
* n =πυκνότητα αριθμού ελεύθερων ηλεκτρονίων (ηλεκτρόνια ανά μονάδα όγκου)
* A =Διατομεακή περιοχή του καλωδίου
* Q =Φόρτιση ενός ηλεκτρονίου
Επιδράσεις μήκους και θερμοκρασίας:
1. Μείωση:
* Άμεση επίδραση: Η μείωση του μήκους του καλωδίου δεν επηρεάζει άμεσα την ταχύτητα μετατόπισης . Ο τύπος για την ταχύτητα μετατόπισης δεν περιέχει το μήκος του καλωδίου.
* Έμμεση επίδραση: Ένα μικρότερο σύρμα θα έχει γενικά μια χαμηλότερη αντίσταση (Υποθέτοντας σταθερή περιοχή διατομής και υλικό). Μία χαμηλότερη αντίσταση σημαίνει υψηλότερο ρεύμα για την ίδια εφαρμοζόμενη τάση (νόμος του Ohm:V =IR). Αυτό αυξημένο ρεύμα θα οδηγήσει σε υψηλότερη ταχύτητα μετατόπισης (όπως φαίνεται στον τύπο ταχύτητας μετατόπισης).
2. μείωση της θερμοκρασίας:
* Επίδραση στην αντίσταση: Στα περισσότερα μέταλλα, η μείωση της θερμοκρασίας μειώνει την αντίσταση . Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι θερμικές δονήσεις των ατόμων μειώνονται, οδηγώντας σε λιγότερες συγκρούσεις με ηλεκτρόνια.
* Επίδραση στην ταχύτητα μετατόπισης: Καθώς μειώνεται η αντίσταση, το ρεύμα αυξάνεται για την ίδια τάση. Αυτό αυξημένο ρεύμα οδηγεί σε μια υψηλότερη ταχύτητα μετατόπισης (δείτε τον τύπο).
* Άλλοι παράγοντες: Η επίδραση της θερμοκρασίας στην ταχύτητα μετατόπισης είναι πολύπλοκη και εξαρτάται από το συγκεκριμένο υλικό. Ορισμένα υλικά έχουν μη γραμμική σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας και της αντίστασης.
Βασικά σημεία:
* Η ταχύτητα μετατόπισης επηρεάζεται κυρίως από ρεύμα, πυκνότητα ηλεκτρονίων, περιοχή εγκάρσιας τομής και φορτίο ηλεκτρονίου
* Η αλλαγή του μήκους του καλωδίου επηρεάζει έμμεσα την ταχύτητα μετατόπισης μέσω της επίδρασής του στην αντίσταση και το ρεύμα.
* Η μείωση της θερμοκρασίας συνήθως οδηγεί σε αύξηση της ταχύτητας μετατόπισης λόγω χαμηλότερης αντίστασης και υψηλότερου ρεύματος.
Παράδειγμα:
Φανταστείτε ένα καλώδιο με ορισμένο μήκος και θερμοκρασία. Εάν κόψουμε το καλώδιο στο μισό, η αντίσταση θα μειωθεί. Εάν εφαρμόσουμε την ίδια τάση, το ρεύμα θα αυξηθεί. Αυτό το αυξημένο ρεύμα θα οδηγήσει σε υψηλότερη ταχύτητα μετατόπισης των ηλεκτρονίων.
Συμπερασματικά: Ενώ το ίδιο το μήκος δεν επηρεάζει άμεσα την ταχύτητα μετατόπισης, επηρεάζει την αντίσταση, η οποία με τη σειρά του επηρεάζει το ρεύμα και τελικά την ταχύτητα μετατόπισης. Η μείωση της θερμοκρασίας γενικά οδηγεί σε αυξημένη ταχύτητα μετατόπισης λόγω χαμηλότερης αντίστασης.
