Chaque matériau est composé d'atomes qui sont à leur tour composés d'électrons chargés négativement. Ces électrons chargés négativement se déplacent dans des directions aléatoires à l'intérieur de l'atome. Ce mouvement d'électrons génère électricité . Mais en raison de leur mouvement aléatoire, la vitesse moyenne des électrons dans un matériau devient nulle. Il a été observé que lorsqu'une différence de potentiel est appliquée aux extrémités d'un matériau, les électrons présents dans le matériau acquièrent une certaine vitesse qui provoque un petit écoulement net dans une direction. Cette vitesse qui fait bouger les électrons dans une certaine direction est connue sous le nom de vitesse de dérive.
Qu'est-ce qu'une vitesse de dérive?
La vitesse moyenne atteinte par des électrons en mouvement aléatoire lorsque le champ électrique externe est appliqué, ce qui amène les électrons à se déplacer dans une direction, est appelée vitesse de dérive.
Chaque matériau conducteur contient des électrons libres, en mouvement aléatoire, à une température supérieure au zéro absolu. Lorsque le champ électrique externe est appliqué autour du matériau, les électrons atteignent une vitesse et ont tendance à se déplacer vers la direction positive, et la vitesse nette des électrons sera dans une direction. L'électron se déplacera dans la direction du champ électrique appliqué. Ici, l'électron n'abandonne pas son caractère aléatoire de mouvement mais se déplace vers un potentiel plus élevé avec leur mouvement aléatoire.
Le courant produit par ce mouvement d'électrons vers le potentiel supérieur est appelé le courant de dérive. Ainsi, on peut dire que tout courant produit dans un matériau conducteur est un courant de dérive.
Vitesse de dérive Dérivation
Pour dériver le expression de la vitesse de dérive , sa relation avec la mobilité des électrons et l'effet du champ électrique externe appliqué doit être connue. La mobilité d’un électron est définie comme étant la vitesse de dérive d’un champ électrique unitaire. Le champ électrique est proportionnel au courant. Ainsi, le Loi d'Ohm peut être écrit comme
F = -μE .—— (1)
où μ est la mobilité de l'électron mesurée en mdeux/ V.sec
E est le champ électrique mesuré en V / m
on sait que F = ma, substitue en (1)
a = F / m = -μE / m ———- (2)
vitesse finale u = v + à
Ici v = 0, t = T, qui est le temps de relaxation de l'électron
Donc u = aT, substituer dans (2)
∴ u = - (μE / m) T
Ici, u est la vitesse de dérive, mesurée en m / s.
Cela donne l'expression finale. Le OUI unité de vitesse de dérive est m / s ou mdeux/(V.s) et V / m
Formule de vitesse de dérive
Cette formule est utilisée pour trouver le vitesse de dérive des électrons dans un conducteur porteur de courant. Lorsque des électrons de densité n et de charge Q font passer un courant «I» à travers un conducteur de section transversale A, la vitesse de dérive v peut être calculée par la formule I = nAvQ.
Une augmentation de l'intensité du champ électrique externe appliqué provoque une accélération plus rapide des électrons vers une direction positive, opposée à la direction du champ électrique appliqué.
La relation entre la vitesse de dérive et le courant électrique
Chaque conducteur contient des électrons libres en mouvement aléatoire. Le mouvement des électrons dans une direction provoqué par la vitesse de dérive génère un courant. La vitesse de dérive d'un électron est très faible généralement en termes de 10-1Mme. Ainsi, avec cette quantité de vitesse, il faudra généralement 17 minutes à un électron pour traverser un conducteur d'une longueur d'un mètre.
vitesse de dérive des électrons
Cela signifie que si nous allumons une ampoule électrique, elle devrait s'allumer après 17 minutes. Mais nous pouvons allumer l'ampoule électrique de notre maison à une vitesse fulgurante en appuyant simplement sur un interrupteur. En effet, la vitesse du courant électrique ne dépend pas de la vitesse de dérive de l'électron.
Le courant électrique se déplace avec une vitesse de la lumière. Il ne s'établit pas avec la vitesse de dérive des électrons dans le matériau. Ainsi, il peut varier en matière mais la vitesse du courant électrique s'établit toujours sur la vitesse de la lumière.
La relation entre la densité de courant et la vitesse de dérive
La densité de courant est définie comme la quantité totale de courant passant par unité de temps à travers par unité de section transversale du conducteur. À partir de la formule de la vitesse de dérive, le courant est donné comme
I = nAvQ
ainsi, la densité de courant J lorsque la section transversale et la vitesse de dérive sont données peut être calculée comme
J = I / A = nvQ
où v est la vitesse de dérive des électrons. La densité de courant est mesurée en ampères par mètre carré. Ainsi, à partir de la formule, on peut dire que la vitesse de dérive des électrons d'un conducteur et sa densité de courant sont directement proportionnelles l'une à l'autre. Au fur et à mesure que la vitesse de dérive augmente avec l'augmentation de l'intensité du champ électrique, le courant traversant par zone de section transversale augmente également.
Le Rexaltation entre la vitesse de dérive et le temps de relaxation
Dans un conducteur, les électrons se déplacent au hasard sous forme de molécules de gaz. Au cours de ce mouvement, ils se heurtent. Le temps de relaxation de l'électron est le temps nécessaire à l'électron pour revenir à sa valeur d'équilibre initiale après la collision. Ce temps de relaxation est directement proportionnel à l'intensité du champ électrique externe appliqué. Plus le temps de champ électrique est grand, plus le temps nécessaire aux électrons pour atteindre l'équilibre initial une fois le champ supprimé.
Le temps de relaxation est également défini comme le temps pendant lequel l'électron peut se déplacer librement entre des collisions successives avec d'autres ions.
Lorsque la force due au champ électrique appliqué est eE, alors V peut être donné comme
V = (eE / m) T
où T est le temps de relaxation des électrons.
Expression de la vitesse de dérive
Quand le mobilité μ des porteurs de charge et la force du champ électrique appliqué E sont donnés, alors la loi d'Ohm en termes de vitesse de dérive peut être exprimée comme
V = μE
Les unités S.I pour la mobilité de l'électron sont mdeux/ Contre.
Les unités S.I du champ électrique E sont V / m.
Ainsi, l'unité S.I pour v est m / s. Cette unité S.I est également connue sous le nom de vitesse de dérive axiale.
Ainsi, les électrons présents dans le conducteur se déplacent de manière aléatoire même lorsqu'aucun champ électrique externe n'est appliqué. Mais la vitesse nette produite par eux est annulée en raison de collisions aléatoires, donc le courant net sera nul. Ainsi, la relation entre le courant électrique, la densité de courant et la vitesse de dérive aide à la bonne circulation du courant électrique à travers le chauffeur . Qu'est-ce qu'un courant de dérive?
