ForHosting KIT · 工学・建築

ドリフト速度計算機

2 Aが流れる断面積1平方ミリメートルの銅線では、密度8.5 × 10²⁸個毎立方メートルの電子が毎秒1ミリメートルにも満たない速さで進みます。電流、密度、断面積、電荷をSI単位で入れるだけです。ブラウザで無料で使えます。

無料
ブラウザで動作
登録不要
データは端末の外に出ません

無料で実行 API仕様を見る

ご利用方法ウェブAPIメールTelegramアプリ近日

計算例

入力した場合

電流: 2
密度: 85,000,000,000,000,000,000,000,000,000
面積: 0.000001
電荷: 0

結果

ドリフト速度: 0.0001470588 m/s

ドリフト速度とは、定常電流が流れるときに導体に沿って進む電荷キャリアの平均正味速度です。電流の標準的な微視モデルでは、電流 I はキャリア密度 n、断面積 A、キャリア電荷 q、ドリフト速度 vd の積に等しく、これを整理すると実用式 vd は I を n 掛ける A 掛ける q で割ったものになります。この機能はこれら 4 つのスカラーを SI 単位（アンペア、立方メートルあたりのキャリア数、平方メートル、クーロン）で受け取り、ドリフト速度を毎秒メートルで返します。入力と式のラベルも併せて返すため、毎回代数を導き直すことなく、実験レポート、宿題のチェック、自動化パイプラインで結果を監査できます。

ドリフト速度の意味と、この式が適用できる場面

金属や多くの半導体では、自由な電荷キャリアは高い熱速度でランダムに運動しますが、電荷の符号に応じて印加された場に沿って、あるいは逆向きに、小さな平均速度を得ます。その平均正味速度がドリフト速度です。巨視的な電流は断面を通る電荷の流束であり、n が一様で電流が定常なら I は n A q vd に等しくなります。

vd について解くと、キャリアが実際にどれほどゆっくりとドリフトしているかを、電線に沿った電磁信号のほぼ瞬時の伝播と比べて直接見積もれます。通常の電流での典型的な銅線の数値では、ドリフト速度は毎秒ミリメートル程度かそれ以下となり、現実的な n、A、q を初めて代入する多くの学生を驚かせます。

I、n、A、q を SI 単位で既に把握していて、実験ノート、授業のデモ、数値解答を採点するスクリプトのために再現可能な vd が必要なときに、この計算機を使ってください。モデルは一様な密度と断面、単一のキャリア種を仮定します。多キャリア系や位置依存の密度には、このスカラー式より詳細な輸送モデルが必要です。

授業の実験、電線設計のチェック、自動化のヒント

電気の入門実験では、学生はしばしば既知のワイヤーゲージを通る電流を測定し、その金属の自由電子密度の近似値を調べ、q を素電荷とし、vd を計算して教科書の桁と比較します。パイプライン全体を通じて SI を選んでください。AWG や mm 直径は端でのみ保持し、一度 m^2 に変換してからこの機能を呼び出します。

合成データセットを生成する際に、面積をゼロにしたり密度を未設定のままにしたりしないでください。抵抗率、オームの法則、電場からの移動度に基づくドリフトが必要なときは、この式を無理に伸ばすのではなく専用の計算機を使ってください。

活用例

銅線のキャリアドリフトを見積もる

測定した電流、公表された自由電子密度、電線の断面、素電荷から、実験レポートやデモのために vd を m/s で計算します。

設計シナリオを一括チェックする

固定した材料密度と電荷のもとで電流や断面を掃引し、導体サイズを選ぶ前にドリフト速度がどうスケールするかを見ます。

よくある質問

ドリフト速度計算機はどの式を使いますか？

vd = I / (n · A · q) で、I はアンペアの電流、n は m^-3 のキャリア密度、A は m^2 の断面、q はクーロンのキャリア電荷です。結果は毎秒メートルです。

電子の電荷 q にはどの値を使うべきですか？

単一電子の素電荷の大きさとして約 1.6×10^-19 C（1.6e-19）を使ってください。イオンや多電子キャリアには電荷数で倍率をかけます。

密度と電荷は正でなければなりませんか？

非ゼロの有限数でなければなりません。電流と電荷の符号の慣行は vd の符号に影響します。物理的には密度は正で |q| は電荷の大きさですが、ソルバーは与えられたまま算術を適用します。

スイッチを入れるとすぐ電灯がつくのに、電子の動きが遅いのはなぜですか？

電子そのものは毎秒数ミリメートル以下でゆっくり進みますが、電磁的な信号は導線をほぼ瞬時に伝わるためです。一つひとつの電子はわずかしか動かなくても、電流は回路全体で同時に流れ始めます。

平方ミリメートルを平方メートルに換算してくれますか？

いいえ、単位の換算は行いません。断面積は平方メートルでご入力ください。直径がミリメートルで分かっている場合は、先に円周率×半径の2乗で断面積を求めてから入力します。

開発者向け — APIアクセス

このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。

エンドポイント

POSThttps://api.kit.forhosting.com/elec/drift-velocity

Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。

お使いのスタックから呼び出す

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/elec/drift-velocity \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"current":2,"density":8.5e+28,"area":0.000001,"charge":1.6e-19}'

const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/elec/drift-velocity", {
  method: "POST",
  headers: {
    "Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
    "Content-Type": "application/json"
  },
  body: JSON.stringify({
    "current": 2,
    "density": 8.5e+28,
    "area": 0.000001,
    "charge": 1.6e-19
  })
});
const { task_id } = await res.json();

import os, requests

res = requests.post(
    "https://api.kit.forhosting.com/elec/drift-velocity",
    headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
    json={
    "current": 2,
    "density": 8.5e+28,
    "area": 0.000001,
    "charge": 1.6e-19
},
)
task_id = res.json()["task_id"]

<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/elec/drift-velocity", false, stream_context_create([
  "http" => [
    "method"  => "POST",
    "header"  => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
    "content" => '{"current":2,"density":8.5e+28,"area":0.000001,"charge":1.6e-19}',
  ],
]));
$task = json_decode($res, true);

body := bytes.NewBufferString(`{"current":2,"density":8.5e+28,"area":0.000001,"charge":1.6e-19}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/elec/drift-velocity", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)

リクエスト例

{
  "current": 2,
  "density": 8.5e+28,
  "area": 0.000001,
  "charge": 1.6e-19
}

レスポンス例

{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "elec.drift_velocity",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。

料金

1リクエストあたり$0.002

単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。

エラー

HTTP	コード	意味
`401`	`unauthorized`	APIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。
`402`	`insufficient_balance`	残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。
`404`	`unknown_type`	指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。
`429`	`rate_limited`	リクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。

技術的な注記

計算機の呼び出し方と JSON 結果の解釈

電子では q は一般に 1.6e-19 C、正孔やイオンには適切な素電荷の倍数を使ってください。分母が消えないよう、密度と電荷も非ゼロでなければなりません。無効な組み合わせは課金されません。単位は一貫させてください。呼び出す前に平方ミリメートルを平方メートルへ、直径のミリメートルを pi r の二乗で面積へ変換してください。この機能は単位変換を行いません。4 つの必須の数値を持つオブジェクトを POST します。current（アンペアの I）、density（m^-3 の n）、area（m^2 の A）、charge（クーロンの q）です。断面積は厳密に 0 より大きくなければならず、面積がゼロだと物理的な電流密度が定義できないため invalid_input で拒否されます。レスポンスは 4 つの入力をエコーし、drift_velocity を有限の数値として返し、unit を m/s に設定し、文書化のために式の文字列 vd = I / (n · A · q) を含めます。フィールドの欠落、非有限の値、面積ゼロ、密度ゼロ、電荷ゼロです。成功した API 呼び出しの料金は前払い残高から 1 件あたり一律 $0.002 です。

授業の実験、電線設計のチェック、自動化のヒント

プロセスやカリキュラムのスクリプトは、材料表のために n と q を固定し、問題ごとに I と A を変えてこのエンドポイントを呼べます。I が 2 A、n が 8.5e28 m^-3、A が 1e-6 m^2、q が 1.6e-19 C といった丸めた科学的記数法で例を記録すれば、レビュアーが手で vd を再計算し、浮動小数点の許容範囲で API と一致させられます。

連携の活用例

宿題の解答を自動採点する

採点スクリプトから I、n、A、q で API を呼び、別途の式一覧を保守せずに、返された drift_velocity を学生の提出と比較します。

技術的な質問

なぜ断面積ゼロは拒否されるのですか。

面積はドリフト速度の式の分母に現れます。面積がゼロだと式が定義できず、電線を流れる有限の電流に対して物理的な意味を持たないため、API は invalid_input を返します。

API の料金はいくらですか。

成功した呼び出しは前払いの KIT 残高から 1 件あたり $0.002 で課金されます。失敗した invalid_input のリクエストは課金されません。ブラウザーウィジェットは同じソルバーを対話利用のために無料で実行します。

KITの完全なドキュメントを見る →

ドリフト速度計算機

無料で実行

計算例

ドリフト速度の意味と、この式が適用できる場面

授業の実験、電線設計のチェック、自動化のヒント

活用例

銅線のキャリアドリフトを見積もる

設計シナリオを一括チェックする

よくある質問

関連ツール

開発者向け — APIアクセス

エンドポイント

お使いのスタックから呼び出す

リクエスト例

レスポンス例

料金

エラー

技術的な注記

計算機の呼び出し方と JSON 結果の解釈

授業の実験、電線設計のチェック、自動化のヒント

連携の活用例

宿題の解答を自動採点する

技術的な質問

ありがとう