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 ez a rendezetlen mozgás egy egyirányú kis sebességű mozgássá alakul át. 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 tér V/m.

Numerikus példa

Az elektromosságot a réz közismerten jól vezeti.

A réz sűrűsége: 8,94 g/cm³, és az atomi súlya: 63,546 g/mol, így 140685,5 mol/m³. (1 Molban 6,02×10²³ atom van (Avogadro-szám).)

Ezért 1 m³ rézben közel 8,5×10²⁸ atom van (6,02×10²³ × 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
• 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
• http://matfiz.uw.hu/fizika_jegyzet/pdf/elektro_011.pdf