В учебнике по физике мне нужна помощь, чтобы понять часть, выделенную желтым цветом:
Это, конечно, вырвано из контекста, поэтому просто чтобы было понятнее:
— среднее время свободного пробега электронов в проводнике (среднее время между столкновениями с ионами в материале).
Этот фрагмент текста является частью вывода микромасштабного выражения скорости дрейфа. До времени нет поля , поэтому электроны движутся хаотично, как всегда, без среднего дрейфа.
Вовремя поле применяется и начинается дрейф. Электроны ускоряются и ускориться.
Вопрос:
Что я нахожу неясным в их методе, так это постулат, отмеченный желтым цветом.
Электроны ускоряются до времени
поскольку они (в среднем) не сталкиваются ни с чем, что могло бы поглотить их кинетическую энергию. Но почему мы уверены, что когда происходят первые столкновения, электроны тормозятся ровно настолько, насколько ускорение вызвано полем, поэтому оно компенсируется (это just balances
, как говорит выделенный желтым текстом)?
Поскольку их суммарное ускорение должно быть равно нулю, так как мы теперь предполагаем, что достигаем постоянной скорости дрейфа. .
По-видимому, мы ожидаем постоянного ускорения перед первым столкновением (за время ) и внезапно нулевое чистое ускорение после этого. Откуда мы знаем, что скорость дрейфа постоянна с этого момента, а не только после или или больше?
Я не знаю вашего курса, но могу сказать несколько вещей, которые могут быть вам полезны. Вы спросите: «Но почему мы уверены, что когда происходят первые столкновения, электроны тормозятся ровно настолько, насколько ускорение вызвано полем , поэтому оно уравновешивается (просто уравновешивается, как говорит выделенный желтым текстом)?»
Столкновение с ионом не обязательно останавливает электрон, просто отбрасывает его в каком-то случайном направлении, так что электрон больше не движется в направлении поля. Но после отталкивания электрон снова ускоряется в направлении поля за время, которое в среднем составляет . И так далее, почти периодическое движение. Усредняя по этому движению и по всем электронам, получаем скорость дрейфа, о которой вы говорите, для данной силы поля .
С увеличением поля увеличивается скорость, приобретаемая электронами при свободном полете, что, в свою очередь, уменьшает сечение столкновения с ионом. Следовательно, скорость дрейфа также должна увеличиваться.
Карл Виттофт