Vận Tốc Trôi

Trong vật lý, vận tốc trôi (tiếng Anhː drift velocity), ký hiệu u hoặc v d } , là vận tốc trung bình đạt được của các hạt tích điện, chẳng hạn như electron trong vật liệu dưới ảnh hưởng của điện trường.

Nói chung, một electron trong dây dẫn sẽ chuyển động ngẫu nhiên với vận tốc Fermi, dẫn đến vận tốc trung bình bằng không. Tác động một điện trường vào chuyển động ngẫu nhiên này sẽ làm electron dịch chuyển có hướng, gọi là "trôi" (drift).

Trong kim loại Vận Tốc Trôi

Hạt mang điện có tác dụng chủ yếu trong kim loại là electron (hiếm khi là lỗ trống). Trong trường hợp không có điện trường, các hạt mang điện trong một vật dẫn ở nhiệt độ phòng sẽ chuyển động nhiệt vô hướng ngẫu nhiên ở tốc độ Fermi, do đó vận tốc trung bình của chúng bằng không, không có sự tạo ra dòng điện.

Nếu có một hiệu điện thế đặt vào vật dẫn, vật dẫn này sẽ xuất hiện điện trường, các electron tự do đang chuyển động ngẫu nhiên sẽ di chuyển có hướng ngược chiều điện trường này. Kkhi chuyển sang di chuyển cùng hướng, vì các electron có vận tốc đầu khác nhau nên chúng va chạm liên tiếp, đặc biệt là phonon (có thể mất vận tốc nếu đi theo hướng điện trường), tạo ra vận tốc mới theo hướng đó ngoài vận tốc nhiệt ngẫu nhiên và tạo ra dòng điện. Kết quả là vận tốc trôi nhỏ xác định của các electron xuất hiện, đặt chồng lên chuyển động ngẫu nhiên của các electron tự do. Mặt khác vì có vận tốc đầu nên electron sẽ có gia tốc theo phương của điện trường, làm vận tốc trôi tăng lên dần. Do vận tốc trôi này, vận tốc tổng hợp sẽ có hướng ngược chiều điện trường.

Liên hệ với định luật Ohm

Trong một vật dẫn có điện trở, vận tốc trôi tỷ lệ thuận với cường độ điện trường:

    Vận Tốc Trôi  (1)

Trong đó dấu "" thể hiện sự ngược chiều điện trường, Vận Tốc Trôi  là một hệ số tỷ lệ, Ecường độ điện trường.

Ngoài ra, vận tốc trôi cũng tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và phụ thuộc vào thời gian trung bình giữa hai va chạm τc (hằng số):

    Vận Tốc Trôi  (2)

Trong đó m*khối lượng hiệu dụng của electron trong vật liệu, Vận Tốc Trôi  là điện tích của 1 electron, thương số Vận Tốc Trôi  là độ linh động electron, kí hiệu μ.

Từ hai công thức (1) và (2), suy ra vận tốc trôi được xác định bởi công thức:

    Vận Tốc Trôi  (3)

Từ công thức (3), biết được mật độ electron n có thể tính được mật độ dòng điện Vận Tốc Trôi ː

    Vận Tốc Trôi  (4)

Từ công thức (4), có thể xác định điện trở suất ρ (hoặc độ dẫn σ) bằng công thức: Vận Tốc Trôi 

Thay vào (4), ta có công thức Vận Tốc Trôi  (5)

Phương trình (5) chính là một cách thể hiện khác của Định luật Ohm viết bởi Gustav Kirchhoff. Trong hệ đơn vị MKS, đơn vị của các đại lượng u, μE lần lượt là m/s, m2/(V·s) và V/m.

Công thức khác

Công thức tính vận tốc trôi của các hạt mang điện trong vật dẫn có tiết diện không đổi như sau:

    Vận Tốc Trôi 

Trong đó u là vận tốc trôi của các electron, j là mật độ dòng điện chạy qua vật dẫn, n là mật độ hạt mang điện tích và qđiện tích trên số hạt mang điện.

Công thức này cũng có thể được viết là:

    Vận Tốc Trôi 

Nhưng mật độ dòng điện j và vận tốc trôi u trên thực tế là các vectơ, vì vậy mối quan hệ này thường được viết là:

    Vận Tốc Trôi ,

Trong đóː

    Vận Tốc Trôi 

là mật độ điện tích thể tích (đơn vị SI: coulomb trên mét khối).

Xét về các tính chất cơ bản của dây dẫn kim loại hình trụ thẳng, trong đó các hạt mang điện là electron, biểu thức này có thể được viết lại thành:

    Vận Tốc Trôi 

Trong đóː

Ví dụ cụ thể

Điện được truyền phổ biến nhất trong dây đồng. Đồngkhối lượng riêng 8,94 g/cm³ và khối lượng nguyên tử là 63,546 g/mol, tương đương 140685,5 mol/m³. Trong một mol của bất kỳ nguyên tố nào cũng có 6,023 × 1023 nguyên tử (số Avogadro). Do đó, trong 1 m³ đồng có khoảng 8,5 × 1028 nguyên tử (6,02 × 1023 × 140685,5 mol/m³). Mỗi nguyên tử đồng cung cấp một electron tự do (electron dẫn), vì vậy n bằng 8,5 × 1028 electron/m³.

Giả sử cường độ dòng điện I = 1 ampere và đường kính 2 mm (bán kính = 0,001 m). Dây này có tiết diện Aπ × (0,001 m)2 = 3,14 × 10−6 m2 = 3,14 mm2. Điện tích của một electronq = -1,6 × 10−19 C. Vận tốc trôi do đó được tính như sau:

    Vận Tốc Trôi 

Phân tích thứ nguyên:

Vận Tốc Trôi 

Do đó, trong dây này các electron đang dịch chuyển với tốc độ 23 μm/s. Trong trường hợp dòng điện xoay chiều 60 Hz, điều này có nghĩa là trong vòng nửa chu kỳ, độ dời của các electron nhỏ hơn 0,2 m. Nói cách khác, các electron dịch chuyển qua điểm tiếp xúc trong một công tắc sẽ không bao giờ thực sự rời khỏi công tắc.

Để so sánh, vận tốc Fermi của các electron này (vận tốc trong điều kiện nhiệt độ phòng có thể được coi là vận tốc gần đúng của chúng khi không có dòng điện) là khoảng 1570 km/s.

Chất bán dẫn Vận Tốc Trôi

Xem thêm

  • Lưu tốc
  • Độ linh động electron
  • Speed of electricity
  • Wire chamber
  • Guiding center

Tham khảo

Liên kết ngoài

Tags:

Trong kim loại Vận Tốc TrôiChất bán dẫn Vận Tốc TrôiVận Tốc TrôiChất dẫn điệnElectronVận tốcVật lý họcĐiện trường

🔥 Trending searches on Wiki Tiếng Việt:

Bill GatesĐô LươngBắc GiangCàn LongTuyên ngôn độc lập (Việt Nam Dân chủ Cộng hòa)Hàn TínNhà TốngPhù NamTên gọi Việt NamĐịa đạo Củ ChiAi CậpQuân đội nhân dân Việt NamThượng Dương PhúLý Hiện (diễn viên)Danh sách quốc gia Châu Mỹ theo diện tíchLê Thánh TôngNhà Lê trung hưngMê KôngMã QRQuốc kỳ Việt NamThái NguyênThành nhà HồTiếng Anh27 tháng 3Chợ Bến ThànhLuxembourgTrà VinhCác dân tộc tại Việt NamTừ Hán-ViệtĐội tuyển bóng đá quốc gia Ba LanTháp EiffelLạm phátTuyệt đỉnh KungfuChuỗi thức ănSong Tử (chiêm tinh)Thời Đại Thiếu Niên ĐoànVạn Lý Trường ThànhMichael JacksonDương Hoàng YếnVăn LangBrasilDanh sách Chủ tịch nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt NamJohn WickPhan ThiếtQuan Kế HuyVụ án Lê Văn LuyệnNguyễn Thị BìnhNha TrangTrần Sỹ ThanhTwitterTiệc trăng máuHarland SandersChùa HươngĐội tuyển bóng đá quốc gia AnhHội nghị thành lập Đảng Cộng sản Việt NamMùi đu đủ xanhNguyễn Phú TrọngKhổng TửBóng đáApolloKamen RiderQuan hệ Trung Quốc – Việt NamLeonardo da VinciĐất rừng phương NamThụy ĐiểnNguyễn Minh Triết (sinh năm 1988)Phú ThọLiếm âm hộNgày Bác Hồ ra đi tìm đường cứu nướcCương lĩnh chính trị của Đảng Cộng sản Việt NamNguyễn DuVõ Trường ToảnDanh sách đơn vị hành chính Việt Nam theo GRDP bình quân đầu ngườiVề chuyện tôi chuyển sinh thành SlimeẨm thực Việt NamTết Nguyên ĐánCảnh sát biển Việt NamQuảng Ninh🡆 More