Drifthastighet

Från Rilpedia

Texten från svenska Wikipedia

Drifthastighet och slumpvandring, där elektrorna sprids av atomer, enligt Drudes klassiska modell).

Strömmen i tråden I = Q / t i Coulomb per sekund är drifthastighet gånger ladningstäthet per längdenhet.

Drifthastighet är en medelhastighet som ofta används i situationer där många partiklar har mycket högre hastigheter i slumpmässiga riktningar. Ett exempel är i luft, där vindhastighet motsvarar drifthastighet, medan molekylernas hastigheter är mycket större. Begreppet används mest i samband med elektrisk ledning och Ohms lag.

Elektroners drifthastighet

Ohms lag kan formuleras som

där strömtäthet J i A/m² är proportionell mot elektrisk fältstyrka E i V/m genom elektrisk ledningsförmåga σ i (Ω·m)^-1. Alternativt kan strömtätheten formuleras som

där är elektronernas drifthastighet, n elektronkoncentrationen och e elektronernas laddning.

Genom att kombinera ovanstående samband, fås elektronernas drifthastighet som

där μ är elektronmobiliteten.

Mobiliteten är ett mått på hur lätt elektronerna kan röra sig i materialet. I vakuum accelererar elektroner obegränsat i ett elektriskt fält, men i material uppnås en konstant drifthastighet bland annat eftersom elektronerna kolliderar med atomer. Detta kan uttryckas med en relaxationstid τ. Förloppet beskrivs så att elektronerna accelereras under en karakteristisk tid τ med en acceleration a i fältets riktning, men att de sedan relaxerar (till exempel genom kollisioner) till en termisk hastighetsfördelning i slumpvisa riktningar. Ett uttryck för drifthastigheten blir därmed

Relaxationstiden är kort, vanligtvis av storleksordning 10^-13 s. Den kan teoretiskt bestämmas ur ledningsförmågan σ:

Man kan mäta drifthastighet med Halleffekt.