Calcolatore di velocità di deriva

La velocità di deriva degli elettroni è la rapidità netta media dei portatori di carica liberi lungo un conduttore quando scorre una corrente stazionaria. La corrente macroscopica I è il flusso di carica attraverso una sezione: I equivale a n per A per q per vd, così la formula di lavoro è vd uguale a I diviso il prodotto della densità di portatori n, dell'area di sezione A e della carica elementare q. Questo calcolatore accetta quelle quattro grandezze SI — ampere, portatori per metro cubo, metri quadrati e coulomb — verifica che la sezione non sia nulla e restituisce la velocità di deriva in metri al secondo.

Che cosa significa vd = I/(n A q) e quali numeri inserire

Nell'immagine microscopica di un conduttore, un numero enorme di portatori di carica mobili — in genere elettroni in un metallo, oppure elettroni e lacune in un semiconduttore — vagano a velocità termiche di centinaia di chilometri al secondo mentre si forma una velocità media molto più piccola lungo il campo elettrico applicato. Quella velocità netta media è la velocità di deriva dell'elettrone, di solito scritta vd.

Una corrente stazionaria I attraverso un filo uniforme è la carica che attraversa un dato piano ogni secondo, uguale al prodotto della densità di portatori n, dell'area di sezione A, della carica q di ciascun portatore e della rapidità di deriva vd. Il riordino produce l'identità di lavoro vd uguale a I diviso n per A per q.

Le densità tipiche del rame stanno vicino a otto virgola cinque volte dieci alla ventotto portatori per metro cubo, così anche pochi ampere attraverso un millimetro quadrato di rame danno rapidità di deriva di millimetri al secondo, ben più lente del segnale elettromagnetico che viaggia vicino alla velocità della luce lungo lo stesso filo. Questo calcolatore esiste perché Lei inserisca numeri SI una volta, veda quell'ordine di grandezza e fissi un risultato riproducibile in metri al secondo senza ripetere l'algebra.

Il modello assume un solo tipo di portatore, densità uniforme e una sezione ben definita; non risolve il trasporto di Boltzmann, la mobilità dipendente dalla temperatura né correnti miste elettroni-lacune. Inserisca la corrente in ampere, la densità in metri cubi inversi, l'area in metri quadrati e la carica in coulomb — per gli elettroni la magnitudine convenzionale è uno virgola sei volte dieci alla meno diciannove coulomb — e il motore restituisce vd in metri al secondo insieme a un'etichetta di formula che Lei può citare nel quaderno di laboratorio.

Dove serve la velocità di deriva

Aule e piattaforme di tutoraggio usano un calcolatore di velocità di deriva degli elettroni così chi impara può verificare risultati in millimetri al secondo per corrente, densità, area e carica arbitrarie senza errori manuali di conversione delle unità. I generatori di prove necessitano di un oracolo deterministico che segni come errato il caso di sezione nulla invece di restituire in silenzio un infinito che un correttore difettoso potrebbe trattare come successo. La convalida fallita non consuma saldo.

Conservi le richieste in unità SI da un capo all'altro, converta diametri in millimetri in metri quadrati con pi r al quadrato prima di chiamare, e fissi il valore in metri al secondo nei test così i controlli sui compiti, i plugin LMS e i worker di bordo restano riproducibili senza erigere un risolutore di trasporto proprio.

La deriva basata sulla mobilità a partire da un campo elettrico, la corrente della legge di Ohm e la conducibilità dipendente dalla temperatura restano fuori da questa identità, quindi tratti il numero come la baseline classica da manuale e non come un modello completo di semiconduttore.