حاسبة سرعة الانجراف

سرعة انجراف الإلكترون هي السرعة الصافية المتوسطة لحاملات الشحنة الحرة على طول موصل عندما يسري تيار مستقر. التيار العياني I هو تدفق الشحنة عبر مقطع: I يساوي n في A في q في vd، لذا فإن صيغة العمل هي vd تساوي I مقسومة على جداء كثافة الحاملات n ومساحة المقطع A والشحنة الأولية q. تقبل هذه الحاسبة تلك الكميات الأربع وفق النظام الدولي — الأمبير، والحاملات لكل متر مكعب، والمتر المربع، والكولوم — وتتحقق من أن المقطع ليس صفرًا، وتعيد سرعة الانجراف بالمتر لكل ثانية.

معنى vd = I/(n A q) وأي أرقام يُدخل

في الصورة المجهرية للموصل يتجول عدد هائل من حاملات الشحنة المتحركة — إلكترونات في المعدن عادة، أو إلكترونات وثقوب في شبه الموصل — بسرعات حرارية تبلغ مئات الكيلومترات في الثانية بينما تتشكل سرعة متوسطة أصغر كثيرًا على طول المجال الكهربائي المطبّق. تلك السرعة الصافية المتوسطة هي سرعة انجراف الإلكترون، وتُكتب عادة vd. التيار المستقر I عبر سلك منتظم هو الشحنة التي تعبر مستوًى معطى كل ثانية، وتساوي جداء كثافة الحاملات n ومساحة المقطع A وشحنة كل حامل q وسرعة الانجراف vd.

إعادة الترتيب تعطي الهوية العملية vd تساوي I مقسومة على n في A في q. كثافات النحاس النموذجية تقارب ثمانية فاصلة خمسة في عشرة أس ثمانية وعشرين حاملًا لكل متر مكعب، لذا حتى بضعة أمبيرات عبر مليمتر مربع من النحاس تعطي سرعات انجراف بالمليمتر لكل ثانية، أبطأ كثيرًا من الإشارة الكهرومغناطيسية التي تسير قرب سرعة الضوء على السلك نفسه. وُجدت هذه الحاسبة كي تدخل أرقام النظام الدولي مرة واحدة، وترى ذلك المقدار، وتثبّت نتيجة قابلة لإعادة الإنتاج بالمتر لكل ثانية دون تكرار الجبر.

يفترض النموذج نوعًا واحدًا من الحاملات وكثافة منتظمة ومقطعًا محددًا؛ ولا يحل نقل Boltzmann ولا الحركية المعتمدة على الحرارة ولا تيارات الإلكترون والثقب المختلطة. أدخل التيار بالأمبير والكثافة بالمتر المكعب العكسي والمساحة بالمتر المربع والشحنة بالكولوم — وللإلكترونات المقدار الاصطلاحي واحد فاصلة ستة في عشرة أس سالب تسعة عشر كولومًا — فيعيد المحرك vd بالمتر لكل ثانية مع وسم صيغة يمكن اقتباسه في دفتر المختبر.

عقد الإدخال وشكل الرد وسلوك الخطأ

يجب أن تكون مساحة المقطع أكبر من الصفر حصرًا: تُرفض المساحة الصفرية برسالة تفيد أن مساحة المقطع لا يجوز أن تكون صفرًا، لأن كثافة التيار الفيزيائية ستكون غير معرّفة وستقسم الصيغة على A. وتُرفض المساحة السالبة كذلك. يجب أن تكون الكثافة والشحنة غير صفريتين حتى لا يختفي المقام n في A في q.

أسقف المقدار تمنع المدخلات المرضية من إفاضة حساب العزل مع بقاء تغطية أسلاك المليمتر الصفية والتيارات المختبرية العادية. اقرن الرد بهويات الحركية أو المقاومية إن احتجت لاحقًا إلى المجال الكهربائي أو الناقلية؛ فهذا الطرف يحسب سرعة الانجراف السلمية فحسب ولا يصدر رسومًا ولا جداول مواد ولا تحويلات وحدات من المليمتر أو AWG.

أين تفيد معرفة سرعة الانجراف

تستخدم القاعات ومنصات التدريس حاسبة سرعة انجراف الإلكترون كي يتحقق المتعلمون من نتائج بالمليمتر لكل ثانية لتيار وكثافة ومساحة وشحنة كيفما اتفق دون عثرات تحويل الوحدات باليد. تحتاج مولّدات الامتحانات إلى مرجع حتمي يُخطّئ حالة المقطع الصفري بدل إعادة مالانهاية في صمت قد يعدّها مصحح معطوب نجاحًا. يمكن لنصوص العملية والمنهج أن تستدعي هذا الطرف بـ n وq ثابتين لجدول مواد مع تغيير I وA عبر مجموعات المسائل.

لا يستهلك فشل التحقق رصيدًا. أبقِ الطلبات بوحدات النظام الدولي من الطرف إلى الطرف، وحوّل أقطار المليمتر إلى أمتار مربعة بـ pi r تربيع قبل الاستدعاء، وثبّت القيمة بالمتر لكل ثانية في الاختبارات حتى تبقى فحوص الواجبات وإضافات LMS وعاملات الحافة قابلة لإعادة الإنتاج دون إقامة حالّ نقل خاص. يبقى الانجراف القائم على الحركية من مجال كهربائي وتيار قانون Ohm والناقلية المعتمدة على الحرارة خارج هذه الهوية، فعامل الرقم خط أساس كلاسيكيًا من الكتاب لا نموذج شبه موصل كامل.