Calcolatore velocità di deriva

La velocità di deriva è la velocità netta media dei portatori di carica lungo un conduttore quando scorre una corrente costante. Nel modello microscopico standard della corrente, la corrente elettrica I è uguale al prodotto della densità di portatori n, dell'area della sezione trasversale A, della carica del portatore q e della velocità di deriva vd, che si riordina nella formula operativa vd uguale a I diviso per n per A per q. Questa capacità prende quei quattro scalari in unità SI — ampere, portatori per metro cubo, metri quadrati e coulomb — e restituisce la velocità di deriva in metri al secondo insieme agli ingressi e all'etichetta della formula, così può verificare il risultato in relazioni di laboratorio, controlli dei compiti o pipeline di automazione senza riderivare l'algebra ogni volta.

Cosa significa velocità di deriva e quando si applica questa formula

Nei metalli e in molti semiconduttori, i portatori di carica liberi si muovono in modo casuale ad alte velocità termiche ma acquisiscono una piccola velocità media opposta o lungo il campo applicato, a seconda del segno della carica. Quella velocità netta media è la velocità di deriva. La corrente macroscopica è il flusso di carica attraverso una sezione trasversale: I è uguale a n A q vd quando n è uniforme e la corrente è costante.

Risolvendo per vd si ottiene una stima diretta di quanto lentamente i portatori derivino in realtà rispetto alla propagazione quasi istantanea del segnale elettromagnetico lungo il filo. I valori tipici del filo di rame producono velocità di deriva dell'ordine di millimetri al secondo o meno a correnti ordinarie, cosa che sorprende molti studenti la prima volta che inseriscono valori realistici di n, A e q.

Usi questo calcolatore quando conosce già I, n, A e q in unità SI e Le serve una vd riproducibile per un quaderno di laboratorio, una dimostrazione didattica o uno script che valuta risposte numeriche. Il modello assume densità e sezione uniformi e un unico tipo di portatore; i sistemi multi-portatore o la densità dipendente dalla posizione richiedono un modello di trasporto più dettagliato di quanto fornisca questa formula scalare.

Come leggere il risultato della velocità di deriva

Per gli elettroni, q è comunemente 1.6e-19 C; per lacune o ioni usi il multiplo elementare appropriato. Anche densità e carica devono essere diverse da zero così il denominatore non si annulla. Le combinazioni non valide non vengono addebitate: campi mancanti, valori non finiti, area nulla, densità nulla o carica nulla.

Mantenga le unità coerenti: converta i millimetri quadrati in metri quadrati e i millimetri di diametro in area con pi greco r quadro prima di chiamare, perché la capacità non esegue conversioni di unità.

Laboratori didattici, verifiche di progetto dei fili e consigli di automazione

Nei laboratori introduttivi di elettricità, gli studenti spesso misurano la corrente attraverso un calibro di filo noto, cercano la densità approssimativa di elettroni liberi per il metallo, prendono q come carica elementare e calcolano vd per confrontarla con gli ordini di grandezza del libro di testo. Preferisca il SI in tutta la Sua pipeline: memorizzi il diametro AWG o in mm solo al margine, converta una volta in m^2, poi richiami questa capacità. Non passi mai un'area uguale a zero né lasci la densità non impostata quando genera dataset sintetici.

Quando Le serve la resistività, la legge di Ohm o la deriva basata sulla mobilità dal campo elettrico, usi un calcolatore dedicato anziché forzare questa formula.