Дрейф электронов под действием внешнего поля
При приложении к проводнику электрического поля Е в нем возникает электрический ток, плотность которого согласно закону Ома пропорциональна E:
(5.1)
ρ =1/σ (5.2)
Возникновение тока в проводнике свидетельствует о том, что под действием поля электроны приобретают направленное движение, и функция распределения их по состояниям изменяется. Такое направленное движение называют дрейфом электронов, а среднюю скорость этого движения — скоростью дрейфа vД. Вычислим ее.
, (5.3)
mn — эффективная масса электрона.
Используя (5.3), уравнение направленного движения электрона в решетке можно записать в следующем виде:
(5.3′)
Из (5.3′) видно, что после включения поля скорость направленного движения электронов будет возрастать и они будут двигаться ускоренно до тех пор, пока сила сопротивления 
, пропорциональная скорости vД(t), не окажется равной силе 
, действующей со стороны поля. Когда эти силы сравняются, результирующая сила, действующая на электрон, и ускорение его движения будут равны нулю.
Начиная с этого момента, направленное движение электронов будет совершаться с постоянной скоростью
(5.4)
Так как заряд электрона отрицателен, то дрейф происходит в направлении, противоположном 
.
Отношение скорости дрейфа к напряженности поля называют подвижностью носителей:
(5.5)
Подобная картина имела бы место при движении свободных электронов сквозь идеально правильную решетку со строго периодическим потенциалом. Электронная волна, описывающая поведение электрона в такой решетке, распространялась бы в ней практически без ослабления, подобно световой волне, распространяющейся в оптически прозрачной среде.
Причиной появления конечного электрического сопротивления являются всевозможные нарушения решетки, вызывающие искажения периодичности ее потенциала, на которых происходит рассеяние электронных волн и ослабление направленного потока электронов подобно рассеянию световых волн и ослаблению светового пучка при прохождении его через мутную среду.
Когда к проводнику приложена разность потенциалов, свободные электроны между последовательными столкновениями приобретают скорость в направлении, противоположном электрическому полю (и теряют скорость при движении в направлении поля), таким образом приобретая компонент скорости в этом направлении в дополнение к его случайная тепловая скорость. В результате возникает определенная малая дрейфовая скорость электронов, которая накладывается на беспорядочное движение свободных электронов. Из-за этой скорости дрейфа возникает чистый поток электронов, противоположный направлению поля.
СОДЕРЖАНИЕ
Экспериментальная мера
Формула для оценки скорости дрейфа носителей заряда в материале постоянной площади поперечного сечения имеет вид:
Это также можно записать как:
Но плотность тока и скорость дрейфа j и u на самом деле являются векторами, поэтому это соотношение часто записывается как:
Числовой пример
ты знак равно А электрон м 3 ⋅ м 2 ⋅ C электрон знак равно C s 1 м ⋅ C знак равно м s <\ displaystyle u = <\ dfrac <\ text > <<\ dfrac <\ text >> < <\ dfrac <1><\ text >>> 
Скорость дрейфа
Когда к проводнику приложена разность потенциалов, свободные электроны между последовательными столкновениями приобретают скорость в направлении, противоположном электрическому полю (и теряют скорость при движении в направлении поля), таким образом приобретая компонент скорости в этом направлении в дополнение к его случайная тепловая скорость. В результате возникает определенная малая скорость дрейфа электронов, которая накладывается на беспорядочное движение свободных электронов. Из-за этой скорости дрейфа возникает чистый поток электронов, противоположный направлению поля.
СОДЕРЖАНИЕ
Экспериментальная мера [ править ]
Формула для оценки скорости дрейфа носителей заряда в материале с постоянной площадью поперечного сечения имеет следующий вид: [1]
Это также можно записать как:
Но плотность тока и скорость дрейфа j и u на самом деле являются векторами, поэтому это соотношение часто записывается как:
Числовой пример [ править ]
ты знак равно А электрон м 3 ⋅ м 2 ⋅ C электрон знак равно C s 1 м ⋅ C знак равно м s <\displaystyle u=<\dfrac <\text><<\dfrac <\text>><<\dfrac <1><\text>>>
Микроскопический вид: скорость дрейфа
Физика > Микроскопический вид: скорость дрейфа
Рассмотрите скорость дрейфа электронов: роль проводников и электрического поля в движении зарядов, формула тока и дрейфа, скорость электрических сигналов.
Скорость дрейфа – средняя скорость, достигаемая частичкой из-за электрического поля.
Задача обучения
Основные пункты
Термин
Скорость дрейфа
Электрические сигналы перемещаются на больших скоростях. Достаточно хотя бы взглянуть на телефонные разговоры, транспортируемые токами в проводах и покрывающие огромные дистанции. Свет срабатывает, как только активируется переключатель.
Откуда такая высокая скорость у электрических сигналов? Дело в том, что сила между ними действует быстро на дистанции. Поэтому, когда свободный заряд вставляется в провод, входящий подталкивает к нему другие, которые и дальше нажимают на линии. В итоге, формируется электрическая ударная волна, проходящая сквозь систему практически со световой скоростью.
Когда заряженные частички вставляются в объем проводника, то равное число должно быстро удалиться. Отталкивание между подобными зарядами препятствует увеличению количества зарядов в объеме. Так что, по мере поступления одного заряда, второй убегает практически сразу, транспортируя сигнал вперед
Скорость дрейфа
Хорошие проводники обладает большим запасом свободных зарядов. В металлах – свободные электроны. Отдельный электрон между столкновением с атомами и прочими электронами перемещается на крошечную дистанцию, поэтому их пути оказываются практически случайными. Но проводники наделены электрическим полем, заставляющим электроны дрейфовать в конкретном направлении.
Скорость дрейфа электронов (vd) – средняя скорость свободных зарядов после воздействия поля. Она довольно небольшая, потому что присутствует много свободных зарядов. Если располагать плотностью свободных электронов в проводнике, то можно высчитать скорость дрейфа. Чем выше плотность, тем ниже скорость.
Свободные электроны часто сталкиваются. Здесь вы видите путь конкретной частички. Скорость дрейфа расположена в противоположном направлении электрическому полю для электронов. Коллизии обычно транспортируют энергию на проводник, нуждаясь в стабильном поступлении энергии для поддержания постоянного тока
Интересно, что x/Δt – величина скорости дрейфа vd, потому что заряды проходят среднюю дистанцию x за время t. Остальные показатели дают I = qnAvd.
Плотность тока – электрический ток на единицу площади поперечного сечения.
Когда к проводнику приложена разность потенциалов, свободные электроны между последовательными столкновениями приобретают скорость в направлении, противоположном электрическому полю (и теряют скорость при движении в направлении поля), таким образом приобретая компонент скорости в этом направлении в дополнение к его случайная тепловая скорость. В результате возникает определенная малая дрейфовая скорость электронов, которая накладывается на беспорядочное движение свободных электронов. Из-за этой скорости дрейфа возникает чистый поток электронов, противоположный направлению поля.
СОДЕРЖАНИЕ
Экспериментальная мера
Формула для оценки скорости дрейфа носителей заряда в материале постоянной площади поперечного сечения имеет вид:
Это также можно записать как:
Но плотность тока и скорость дрейфа j и u на самом деле являются векторами, поэтому это соотношение часто записывается как:
Числовой пример
ты знак равно А электрон м 3 ⋅ м 2 ⋅ C электрон знак равно C s 1 м ⋅ C знак равно м s <\ displaystyle u = <\ dfrac <\ text > <<\ dfrac <\ text >> < <\ dfrac <1><\ text >>>