Driftsebesség

A driftsebesség az elektronok átlagos sebessége, mely külső elektromos tér hatására jön létre.

Általában az elektronok egy vezetőben a Fermi-szint környékén rendezetlen mozgást végeznek. Elektromos tér hatására ehhez a rendezetlen mozgáshoz egy egyirányú kis sebességű mozgás adódik hozzá. Félvezetőkben a két fő szóródási mechanizmus, az ionizált töltéshordozó szóródás szennyezett félvezetőben és a kristály szóródás.

Az áram arányos a driftsebességgel, és fordítva, arányos a külső elektromos térrel, így Ohm törvénye a driftsebességgel is magyarázható.

A driftsebesség a következő egyenlettel fejezhető ki:

$J_{\it {drift}}=\sigma \cdot v_{\it {avg}}$

ahol $J_{\it {drift}}$ az áramsűrűség, $\sigma$ a töltéssűrűség( C/m³),és v_avg a töltéshordozók átlagos sebessége (driftsebesség);

$v_{\it {avg}}=\mu \cdot E$, ahol μ az elektron mobilitás, (m^2)/[V.s]) és E az elektromos térerősség V/m.

Numerikus példa

Az elektromosságot a réz közismerten jól vezeti.

A réz sűrűsége: 8,94 g/cm³, és moláris tömege: 63,546 g/mol, így 140685,5 mol/m³. (1 molban 6,022×10²³ atom van (Avogadro-szám).)

Ezért 1 m³ rézben közel 8,5×10²⁸ atom van (6,022×10²³ × 140685,5 mol/m³). A rézben egy atomhoz egy szabad elektron tartozik, így n 8,5×10²⁸ electron/m³.

Feltételezzünk I=3 amper áramerősséget és a vezeték átmérője legyen 1 mm.

A vezeték keresztmetszete 7,85×10^-7 m² (A= π×0,0005²). 1 elektron töltése q=-1,6×10⁻¹⁹ Coulomb.

A driftsebesség:   $v={I \over nAq}$

$v={3 \over {\big (}{{8,5\times 10^{28}}{\big )}\times {\big (}{7,85\times 10^{-7}}{\big )}\times {\big (}{-1,6\times 10^{-19}}{\big )}}}$

$v={-0,00028}{\text{ m/s}}\,\!$

Tehát ebben a vezetékben a driftsebesség -0,00028 m/s, azaz kereken: 1,0 m/óra. Összehasonlításképpen ezen elektronok Fermi sebessége (mely szobahőmérsékleten áram hiányában feltételezhető) közel 1570 km/s. Váltakozó áram esetén az elektronok driftsebességének iránya a frekvenciával változik.

A fenti példa nyomán 60Hz hálózat esetén az elektronok $A=(1/2F)(2{\sqrt {2}}/\pi )|V|=2,1*10^{-6}{\text{m}}$ amplitúdóval váltakoznak.

További információk

• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ohmmic.html
• https://web.archive.org/web/20110907035941/http://www.uni-miskolc.hu/~www_fiz/fiz2b/node12.html
• http://sdt.sulinet.hu/Player/Default.aspx?g=6686ff36-130e-4d2e-af2a-1206359e21df&cid=d07f31d2-5d98-49cb-a6fa-ac34df7ff54c
• https://web.archive.org/web/20120304125411/http://matfiz.uw.hu/fizika_jegyzet/pdf/elektro_011.pdf