Среднее время свободного пробега между столкновениями и скорость дрейфа

В учебнике по физике мне нужна помощь, чтобы понять часть, выделенную желтым цветом:

введите описание изображения здесь

Это, конечно, вырвано из контекста, поэтому просто чтобы было понятнее:

т 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 т < 0 нет поля Е "=" 0 , поэтому электроны движутся хаотично, как всегда, без среднего дрейфа.

Вовремя т "=" 0 поле Е 0 применяется и начинается дрейф. Электроны ускоряются Е д "=" Ф "=" м а и ускориться.

Вопрос:

Что я нахожу неясным в их методе, так это постулат, отмеченный желтым цветом.

Электроны ускоряются до времени т "=" т 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. в г .

По-видимому, мы ожидаем постоянного ускорения перед первым столкновением (за время т ) и внезапно нулевое чистое ускорение после этого. Откуда мы знаем, что скорость дрейфа постоянна с этого момента, а не только после 2 т или 5 т или больше?

Я подозреваю, что книга говорит о том, что в среднем столкновение происходит раз в т который уменьшает составляющую скорости электрона в направлении дрейфа на ту же величину, что и Е поле ускоряется; и вот как т определяется при наличии электрического поля. Бьюсь об заклад, в лучшей книге (или, может быть, на следующей странице :-)) есть некоторые уравнения статистической механики, чтобы вывести это.

Ответы (1)

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 т . 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 Е .

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.