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ドリフト速度計算機

1立方メートルに10²⁸個の自由電子がある断面積1 mm²の導線に1.6 Aを流すと、電子は毎秒わずか1ミリメートルしか進みません。電流、キャリア密度、断面積、電荷を入力すると、ドリフト速度が分かります。ブラウザで無料で使えます。

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計算例

入力した場合

現在値: 1.6
密度: 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000
面積: 0.000001
電荷: 0

結果

ドリフト速度: 0.001

電子ドリフト速度とは、定常電流が流れるときに導体に沿って進む自由電荷キャリアの平均正味速さです。巨視的な電流 I は断面を通る電荷の流束であり、I は n 掛ける A 掛ける q 掛ける vd に等しいので、実用式は vd が I をキャリア密度 n、断面積 A、素電荷 q の積で割ったものになります。本計算機はこれら四つの SI 量（アンペア、立方メートルあたりのキャリア、平方メートル、クーロン）を受け取り、断面がゼロでないことを検証し、ドリフト速度を毎秒メートルで返します。

vd = I/(n A q) の意味と入力すべき数値

導体の微視的描像では、膨大な数の移動電荷キャリア（金属では典型的に電子、半導体では電子と正孔）が毎秒数百キロメートルの熱速度でさまよい、印加電場に沿ってずっと小さな平均速度が育ちます。その平均正味速度が電子ドリフト速度で、通例 vd と書きます。

一様な導線を流れる定常電流 I は、与えられた平面を毎秒横切る電荷であり、キャリア密度 n、断面積 A、各キャリアの電荷 q、ドリフト速さ vd の積に等しくなります。整理すると実用の恒等式、vd は I を n 掛ける A 掛ける q で割ったもの、が得られます。

銅の典型密度は立方メートルあたり約八・五×十の二十八乗個のキャリアなので、平方ミリメートルの銅に数アンペアを流してもドリフト速さは毎秒ミリメートル程度であり、同じ線を光速近くで進む電磁信号よりはるかに遅いです。本計算機は SI の数値を一度入れ、その桁を見て、代数を繰り返さずに再現可能な毎秒メートルの結果を固定するためにあります。

モデルは単一種のキャリア、一様な密度、明確な断面を仮定し、Boltzmann 輸送、温度依存移動度、電子・正孔の混合電流は解きません。電流はアンペア、密度は逆立方メートル、面積は平方メートル、電荷はクーロンで入力してください。電子では慣例の大きさは一・六×十のマイナス十九乗クーロンです。

エンジンは vd を毎秒メートルで返し、実験ノートに引用できる公式タグを添えます。

入力契約、応答の形、エラーの扱い

断面積は厳密にゼロより大きくなければなりません。ゼロ面積は断面積をゼロにできないというメッセージで拒否されます。物理的な電流密度が未定義になり、式が A で割るからです。

負の面積も同様に拒否されます。密度と電荷は非ゼロでなければならず、分母 n 掛ける A 掛ける q が消えないようにします。大きさの上限は、病的な入力が隔離算術をオーバーフローさせるのを防ぎつつ、授業用のミリメートル導線と通常の実験室電流はカバーします。

次に電場や導電率が必要なら、ご自身の移動度や抵抗率の恒等式と組み合わせてください。

ドリフト速度が役立つ場面

教室や個別指導の基盤は、学習者が任意の電流・密度・面積・電荷について毎秒ミリメートルの結果を、単位換算の手計算ミスなしで確認できるように電子ドリフト速度計算機を使います。試験問題の生成器には、ゼロ断面を誤りとして扱う決定的なオラクルが必要です。無限大を静かに返して壊れた採点が成功と扱う事態を避けるためです。

検証失敗は残高を消費しません。宿題確認、LMS プラグイン、エッジワーカーが、自前の輸送ソルバーを立てなくても再現可能になります。電場からの移動度ベースのドリフト、Ohm の法則の電流、温度依存導電率はこの恒等式の外ですので、数値は完全な半導体モデルではなく教科書の古典的基準として扱ってください。

活用例

導線・導体の桁見積もり

既知のゲージで電子が実際にどれほどゆっくりドリフトするかを、毎秒ミリメートルを引用する実験記録や設計メモの前に確認します。

カリキュラム用フィクスチャと自動採点ドリル

デモ、LMS 項目、実験ノート向けに SI 単位のドリフト速度確認を、電荷輸送ソルバーを埋め込まずに生成します。

よくある質問

断面積がゼロだとどうなりますか？

ゼロ面積は理想式が A で割ることになるため、エンジンは拒否し、呼び出しは課金しません。

電子にはどの q を使うべきですか？

素電荷の大きさ、およそ 1.6e-19 C を使ってください。正孔やイオンでは、符号付きまたは適切な倍数の電荷をクーロンで渡します。計算機は代わりに調べません。

スイッチを入れるとすぐ電灯がつくのに、ドリフトが遅いのはなぜですか？

電子の動きと信号の伝わり方は別のものだからです。電子は毎秒数ミリメートルで進みますが、電子全体を動かし始める電磁的な信号は、導線に沿って光速に近い速さで伝わります。

断面積が平方ミリメートルで分かっているときはどう入力しますか？

先に平方メートルに換算してください。1平方ミリメートルは100万分の1平方メートルです。この計算はすべてSI単位で扱い、断面積がゼロ以下の場合は受け付けません。

電子と正孔が両方ある半導体にも使えますか？

一度に扱えるキャリアは1種類だけです。密度が一様な1種類のキャリアを前提にしているため、電子と正孔が混ざった電流や温度で変わる移動度には、より詳しい輸送モデルが必要です。

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/phys/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/phys/drift-velocity \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"current":1.6,"density":1e+28,"area":0.000001,"charge":1.6e-19}'

const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/phys/drift-velocity", {
  method: "POST",
  headers: {
    "Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
    "Content-Type": "application/json"
  },
  body: JSON.stringify({
    "current": 1.6,
    "density": 1e+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/phys/drift-velocity",
    headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
    json={
    "current": 1.6,
    "density": 1e+28,
    "area": 0.000001,
    "charge": 1.6e-19
},
)
task_id = res.json()["task_id"]

<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/phys/drift-velocity", false, stream_context_create([
  "http" => [
    "method"  => "POST",
    "header"  => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
    "content" => '{"current":1.6,"density":1e+28,"area":0.000001,"charge":1.6e-19}',
  ],
]));
$task = json_decode($res, true);

body := bytes.NewBufferString(`{"current":1.6,"density":1e+28,"area":0.000001,"charge":1.6e-19}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/phys/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": 1.6,
  "density": 1e+28,
  "area": 0.000001,
  "charge": 1.6e-19
}

レスポンス例

{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "phys.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。

制限

`max_abs_current`	1000000000000
`max_abs_density`	1e+40
`max_abs_area`	1000000
`max_abs_charge`	0.000001

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

入力契約、応答の形、エラーの扱い

必須の有限数四つを含む JSON 本体を POST してください。current はアンペアの電流 I、density は立方メートルあたりのキャリア密度 n、area は平方メートルの導体断面積 A、charge はクーロンのキャリア電荷 q です。各フィールドは JSON 数でも数値文字列でも構いません。別名の I と n と carrier_density、A と cross_section、q と elementary_charge を受け付けるので、ノートや CAD 出力は列名を変えずに対応できます。欠落フィールド、空文字、有限でない値は、フィールド名を付けた invalid_input で失敗します。本エンドポイントはスカラーのドリフト速さのみを計算し、プロット、材料表、ミリメートルや AWG からの単位換算は出しません。

ドリフト速度 API が役立つ場面

工程とカリキュラムのスクリプトは、材料表の n と q を固定したまま I と A を問題セットごとに変え、このエンドポイントを呼べます。実装は純粋な parse のティア A であるため、成功した呼び出しは毎回、公開されている基本料金 $0.002 であり、モデルトークンも外向き通信もありません。リクエストは端から端まで SI 単位のままにし、ミリメートル直径は呼ぶ前に pi r の二乗で平方メートルへ換算し、毎秒メートルの値をテストに固定してください。

連携の活用例

宿題と試験の確認

電流、キャリア密度、断面、素電荷を入力し、毎秒メートルの結果を手計算と比べ、面積がゼロのときは明確な invalid_input を得ます。

技術的な質問

電子ドリフト速度は I、n、A、q からどう計算しますか。

有限数 current (A)、density (m^-3)、area (m^2)、charge q (C) を送ってください。API は vd = I / (n * A * q) を毎秒メートルで返し、エコーした入力、公式、SI 単位を添えます。

成功したドリフト速度の応答には何が含まれますか。

エコーした current、density、area、charge、m/s の drift_velocity、formula vd = I / (n * A * q)、method microscopic_current、m/s・A・m^-3・m^2・C の units オブジェクトです。

ドリフト速度計算機の料金はいくらですか。

ブラウザのツールは無料です。API リクエストは成功した呼び出しごとに $0.002 で前払い KIT 残高を使い、無効な入力は課金されません。

KITの完全なドキュメントを見る →

ドリフト速度計算機

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計算例

vd = I/(n A q) の意味と入力すべき数値

入力契約、応答の形、エラーの扱い

ドリフト速度が役立つ場面

活用例

導線・導体の桁見積もり

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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

制限

エラー

技術的な注記

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ドリフト速度 API が役立つ場面

連携の活用例

宿題と試験の確認

技術的な質問

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