ドリフト速度とは？
ドリフト速度とは、導体に電界がかかったときに荷電キャリア（多くの場合は電子）が獲得する平均的な移動速度のことです。個々の電子はランダムに高速で動き回っていますが、電流の向きに沿った正味の移動は驚くほど遅く、しばしば毎秒わずか数分の1ミリメートル程度にすぎません。本ツールでは、電流・荷電キャリア密度・導線の断面積・キャリア1個あたりの電荷から、このドリフト速度を求めます。
このツールの使い方
電流 \(I\) をアンペア（A）で、荷電キャリア密度 \(n\)（1立方メートルあたりのキャリア数。銅ではおよそ \(8.5\times10^{28}\)）、断面積 \(A\) を平方メートル（m²）で、キャリア1個あたりの電荷 \(q\)（電子の場合は \(1.602\times10^{-19}\) C）を入力してください。計算結果としてドリフト速度が毎秒メートル（m/s）で表示されます。どの欄でも 8.5e28 のような指数表記が使えます。
計算式の解説
この関係式は、電流を「単位時間あたりに流れる電荷量」と定義することから導かれます。すなわち $$v_d = \frac{\text{Current }I}{\text{Density }n \cdot \text{Area }A \cdot \text{Charge }q}$$ です。分母の \(n \cdot A \cdot q\) は、導体の単位長さあたりに含まれる移動可能な総電荷を表します。電流をこの量で割ると、その電流を生み出すためにキャリアが移動しなければならない平均速度が得られます。
計算例
1 A の電流が流れる銅線を考えます。\(n = 8.5\times10^{28}\) /m³、\(A = 1\times10^{-6}\) m²（1 mm²）、\(q = 1.602\times10^{-19}\) C とすると、分母は $$8.5\times10^{28} \times 1\times10^{-6} \times 1.602\times10^{-19} \approx 13617$$ となります。したがって $$v_d = \frac{1}{13617} \approx 7.34\times10^{-5}\ \text{m/s}$$ すなわち約 0.073 mm/s です。これは光速に近い速さで伝わる信号の伝搬とは比べものにならないほど遅い値です。
よくある質問
なぜドリフト速度はこんなに遅いのですか？ キャリア密度が桁外れに大きいためです。膨大な数の電子がそれぞれゆっくり動くだけでも、全体としては大きな電流を運ぶことができます。
信号の伝わる速さとは違うのですか？ はい、まったく異なります。電気信号は光速に近い速さで伝わりますが、個々の電子は非常にゆっくりとドリフトしています。
q にはどの値を使えばよいですか？ 電子の場合は素電荷 \(1.602\times10^{-19}\) C を使います。イオンの場合はその価数に応じた倍数を用いてください。
