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输入计算

数学公式

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结果

漂移速度
0.000073437615
米每秒(m/s)
分母(n·A·q) 13,617
公式 vd = I / (n · A · q)

什么是漂移速度?

漂移速度是指在外加电场作用下,电荷载流子(通常是电子)在导体中获得的平均定向速度。虽然单个电子本身在做高速的无规则热运动,但它们沿电流方向的净漂移却出奇地缓慢——往往每秒只有零点几毫米。本计算器可根据电流、电荷载流子浓度、导线横截面积以及每个载流子所带的电荷量,求出漂移速度。

电场作用下导体内电子沿与电流相反方向缓慢漂移
在外加电场作用下,载流子沿导体以较小的平均漂移速度运动。

如何使用本计算器

输入电流 \(I\)(单位:安培)、电荷载流子浓度 \(n\)(每立方米的载流子数目——铜约为 \(8.5\times10^{28}\))、横截面积 \(A\)(单位:平方米),以及每个载流子的电荷量 \(q\)(电子为 \(1.602\times10^{-19}\ \text{C}\))。计算器将返回以米每秒为单位的漂移速度。任意一栏都支持科学计数法,例如 8.5e28

公式详解

该关系式来自电流的定义,即单位时间内通过的电荷量:

$$v_d = \frac{\text{Current }I}{\text{Density }n \cdot \text{Area }A \cdot \text{Charge }q}$$

其中分母 \(n\cdot A\cdot q\) 表示导体单位长度上可移动电荷的总量。用电流除以这一数值,便可得到载流子为维持该电流所必须保持的平均移动速度。

导线横截面,显示面积A及单位时间内通过的载流子
电流与载流子密度n、横截面积A、电荷q和漂移速度vd有关。

实例演算

设一根铜导线通过 1 A 的电流,其中 \(n = 8.5\times10^{28}\ \text{/m}^3\),\(A = 1\times10^{-6}\ \text{m}^2\)(即 1 mm²),\(q = 1.602\times10^{-19}\ \text{C}\)。分母为 $$8.5\times10^{28} \times 1\times10^{-6} \times 1.602\times10^{-19} \approx 13617$$于是 $$v_d = \frac{1}{13617} \approx 7.34\times10^{-5}\ \text{m/s}$$——约合 0.073 mm/s,远远慢于接近光速的电信号传播速度。

常见问题

为什么漂移速度这么慢?因为载流子浓度极其庞大;数量惊人的电子即使各自移动得很慢,叠加起来仍能传输很大的电流。

它和信号传播速度有区别吗?有区别——电信号以接近光速的速度传播,而单个电子却漂移得非常缓慢。

q 应该取什么值?对于电子,使用基本电荷 \(1.602\times10^{-19}\ \text{C}\);对于离子,则取相应的整数倍。

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