ما هي سرعة الانجراف؟
سرعة الانجراف هي متوسط السرعة التي تكتسبها حاملات الشحنة (الإلكترونات عادةً) داخل الموصل نتيجة تأثير مجال كهربائي مطبَّق عليه. ورغم أن كل إلكترون يتحرك بشكل عشوائي وبسرعات عالية، فإن صافي انجرافه في اتجاه سريان التيار يكون بطيئًا على نحو مفاجئ — غالبًا ما لا يتجاوز أجزاءً من المليمتر في الثانية. تحسب لك هذه الأداة سرعة الانجراف انطلاقًا من التيار، وكثافة حاملات الشحنة، ومساحة المقطع العرضي للسلك، وشحنة كل حامل.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل التيار I بالأمبير، وكثافة حاملات الشحنة n (عدد الحاملات في المتر المكعب — نحو 8.5×10²⁸ بالنسبة للنحاس)، ومساحة المقطع العرضي A بالمتر المربع، والشحنة لكل حامل q (1.602×10⁻¹⁹ كولوم للإلكترون). تعيد لك الحاسبة سرعة الانجراف بوحدة المتر في الثانية. ويمكنك استخدام الترميز العلمي مثل 8.5e28 في أي حقل.
شرح المعادلة
تنبع هذه العلاقة من تعريف التيار باعتباره مقدار الشحنة المتدفقة في وحدة الزمن:
$$v_d = \frac{\text{Current }I}{\text{Density }n \cdot \text{Area }A \cdot \text{Charge }q}$$ويمثل المقام \(n \cdot A \cdot q\) هنا إجمالي الشحنة المتحركة لكل وحدة طول من الموصل. وبقسمة التيار على هذا المقدار نحصل على متوسط السرعة التي يجب أن تتحرك بها الحاملات لتمرير ذلك التيار.
مثال محلول
لنأخذ سلكًا نحاسيًا يمرّ به تيار مقداره 1 أمبير، مع \(n = 8.5 \times 10^{28}\) لكل م³، و\(A = 1 \times 10^{-6}\) م² (أي 1 مم²)، و\(q = 1.602 \times 10^{-19}\) كولوم. يكون المقام مساويًا
$$8.5 \times 10^{28} \times 1 \times 10^{-6} \times 1.602 \times 10^{-19} \approx 13617$$ومن ثَمَّ تكون
$$v_d = \frac{1}{13617} \approx 7.34 \times 10^{-5} \ \text{م/ث}$$أي نحو 0.073 مم/ث، وهي سرعة أبطأ بكثير من سرعة انتشار الإشارة التي تقارب سرعة الضوء.
الأسئلة الشائعة
لماذا تكون سرعة الانجراف بطيئة إلى هذا الحد؟ لأن كثافة الحاملات هائلة؛ فأعداد ضخمة من الإلكترونات يتحرك كل منها ببطء، ومع ذلك تنقل مجتمعةً تيارًا كبيرًا.
هل تختلف سرعة الانجراف عن سرعة الإشارة؟ نعم — فالإشارة الكهربائية تنتقل بسرعة تقارب سرعة الضوء، بينما تنجرف الإلكترونات الفردية ببطء شديد.
ما قيمة q التي ينبغي أن أستخدمها؟ بالنسبة للإلكترونات استخدم الشحنة الأولية 1.602×10⁻¹⁹ كولوم؛ أما بالنسبة للأيونات فاستخدم المضاعف المناسب لها.
