Calculadora de velocidade de deriva

A velocidade de deriva do elétron é a rapidez líquida média dos portadores de carga livres ao longo de um condutor quando flui uma corrente estacionária. A corrente macroscópica I é o fluxo de carga através de uma seção: I equivale a n vezes A vezes q vezes vd, de modo que a fórmula de trabalho é vd igual a I dividido pelo produto da densidade de portadores n, da área da seção A e da carga elementar q. Esta calculadora aceita essas quatro grandezas SI — ampères, portadores por metro cúbico, metros quadrados e coulombs —, valida que a seção não seja nula e devolve a velocidade de deriva em metros por segundo.

O que vd = I/(n A q) significa e quais números informar

Na imagem microscópica de um condutor, um número enorme de portadores de carga móveis — em geral elétrons em um metal, ou elétrons e lacunas em um semicondutor — vagueiam a velocidades térmicas de centenas de quilômetros por segundo enquanto uma velocidade média bem menor se forma ao longo do campo elétrico aplicado. Essa velocidade líquida média é a velocidade de deriva do elétron, em geral escrita vd.

Uma corrente estacionária I através de um fio uniforme é a carga que atravessa um plano dado a cada segundo, igual ao produto da densidade de portadores n, da área da seção A, da carga q de cada portador e da rapidez de deriva vd. O rearranjo produz a identidade de trabalho vd igual a I dividido por n vezes A vezes q.

Densidades típicas do cobre ficam perto de oito vírgula cinco vezes dez à vinte e oito portadores por metro cúbico, de modo que mesmo alguns ampères através de um milímetro quadrado de cobre rendem rapideces de deriva de milímetros por segundo, bem mais lentas que o sinal eletromagnético que viaja perto da velocidade da luz pelo mesmo fio. Esta calculadora existe para que você informe números SI uma vez, veja essa ordem de grandeza e fixe um resultado reproduzível em metros por segundo sem repetir a álgebra.

O modelo pressupõe um único tipo de portador, densidade uniforme e uma seção bem definida; não resolve transporte de Boltzmann, mobilidade dependente da temperatura nem correntes mistas de elétrons e lacunas.

Informe a corrente em ampères, a densidade em metros cúbicos inversos, a área em metros quadrados e a carga em coulombs — para elétrons a magnitude convencional é um vírgula seis vezes dez à menos dezenove coulombs — e o mecanismo devolve vd em metros por segundo junto com uma etiqueta de fórmula que você pode citar no caderno de laboratório.

Onde a velocidade de deriva é útil

Salas de aula e plataformas de tutoria usam uma calculadora de velocidade de deriva do elétron para que quem aprende confira resultados em milímetros por segundo para corrente, densidade, área e carga arbitrárias sem tropeçar à mão nas conversões de unidade. Geradores de prova precisam de um oráculo determinístico que marque como erro o caso de seção nula em vez de devolver em silêncio um infinito que um avaliador defeituoso poderia tratar como acerto. A validação falha não consome saldo.

Mantenha as solicitações em unidades SI de ponta a ponta, converta diâmetros em milímetros para metros quadrados com pi r ao quadrado antes de chamar, e fixe o valor em metros por segundo nos testes para que checagens de lição, plugins LMS e workers de borda continuem reproduzíveis sem levantar um solver de transporte próprio.

Deriva baseada em mobilidade a partir de um campo elétrico, corrente da lei de Ohm e condutividade dependente da temperatura ficam fora desta identidade, então trate o número como a linha de base clássica de livro e não como um modelo completo de semicondutor.