Primero, consideremos algo
1.El circuito está a temperatura ambiente (298 K)
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2.La palabra ‘carga’ se usa aquí para electrones.
3. La densidad del portador de carga está en el orden de [matemática] 10 ^ {28} / m ^ 3 [/ matemática]
4. La colisión entre electrones es de naturaleza elástica.
5.El signo del transportista de carga no está incluido.
Un cable de metal tiene un mar de electrones (es un término técnico) que es responsable de la increíble conductividad ofrecida por ellos. Puede ser consciente de que una corriente eléctrica es un flujo de cargas eléctricas. Pero las cargas eléctricas se mueven, debido a la energía térmica reciben del entorno, incluso si no están bajo la influencia del campo eléctrico (E) generado por la batería en el cable (Fig. 1)
Entonces, ¿por qué los electrones no constituyen corriente sin una batería, incluso si las cargas se mueven?
La respuesta está en una palabra: flujo. La corriente solo se puede formar cuando la carga neta se mueve a través de una sección transversal.
Entonces, ¿por qué los electrones no fluyen incluso si se mueven?
Esto se debe a que los electrones se mueven aleatoriamente en todas las direcciones posibles, ya que hay varios de ellos como se muestra en la Figura 1. En la forma en que chocan entre sí, lo que crea una mayor aleatoriedad de su movimiento. Por lo tanto, su movimiento promedio ([matemática] u_a [/ matemática]) o flujo es igual a cero.
Ahora quizás te preguntes, ¿cuándo vas a tener tiempo de relajación?
Ok, empecemos
Bajo la influencia del campo eléctrico (Fig. 2), establecido por la batería en el cable, los electrones se aceleran hacia el polo positivo en una magnitud de [math] \ frac {eE} {m_e} = a [/ math] donde [math] m_e [/ math] es la masa del electrón, [math] e [/ math] es la carga del electrón y [math] a [/ math] es la aceleración del electrón. Esto puede ser evidente a partir de la ecuación [matemáticas] F = m_e * a. [/ matemáticas]
Esta ecuación nos dice que la aceleración solo puede durar hasta que la fuerza continúa. La dirección de su movimiento sería la suma vectorial de su velocidad debido al campo eléctrico más su velocidad inicial. En el caso de un cable, un electrón solo puede acelerar hasta que no haya chocado con otro. Esta duración se denomina tiempo de relajación para ese electrón.
No podemos medir el tiempo de relajación de cada electrón e incluso si lo hacemos no tiene ninguna implicación. Por lo tanto, podemos restringirnos al término tiempo promedio de relajación , que es esencialmente el tiempo de relajación ( [matemáticas] \ tau [/ matemáticas] ) en el sentido real.
A partir de este conocimiento, podemos conducir la velocidad de deriva [matemática] v_d [/ matemática] (velocidad promedio del flujo de electrones en el cable) a través de la ecuación cinemática [matemática] v = u + en [/ matemática] que puede escribirse como [ matemáticas] v_d = u_a + a \ tau [/ matemáticas]
Como hemos tomado [math] u_a [/ math] como cero. Entonces la ecuación se reduce a
[matemáticas] v_d = a \ tau [/ matemáticas]
Como la densidad del portador de carga es del orden de [matemáticas] 10 ^ {28} / m ^ 3 [/ matemáticas], el tiempo de relajación no dura mucho debido a una colisión innumerable. Como resultado, la velocidad de deriva ([matemática] v_d) [/ matemática] no es muy alta (80 cm por hora).
Espero eso ayude.
