انجراف الإلكترونات في فلز – سرعة الانجراف والتحركية والمقاومية
الفيزياءالكهرباء والدوائر الكهربائية16–17 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيل
تتحرك الإلكترونات الحرة في سلك فلزي حركة عشوائية بسرعة تقارب 10⁵ m/s وتصطدم بأيونات الشبكة المهتزة؛ ويضيف التيار انجرافًا بطيئًا عكس اتجاه المجال. اضبط شدة التيار ومساحة المقطع ونوع الفلز ودرجة الحرارة لتقرأ سرعة الانجراف v_d = I/(neA) والمجال E = ρJ ومتوسط الزمن بين تصادمين τ والتحركية μ = v_d/E، وترى لماذا تكون مقاومية الفلز الأسخن ρ = m/(ne²τ) أكبر.
الدرس: التيار في الفلزات: سرعة الانجراف، I = nAv_d e، التحركية، زمن الاسترخاء والمقاومية
ماذا تعرض
في الفلز يستطيع نحو إلكترون واحد من كل ذرة التحرك بحرية عبر شبكة الأيونات الموجبة. تتحرك هذه الإلكترونات عشوائيًا بسرعة تقارب 10⁵ m/s وتصطدم باستمرار بالأيونات المهتزة، فلا توجد حركة إجمالية في غياب المجال. يُنشئ فرق الجهد مجالًا E داخل السلك، فيُدفع كل إلكترون بين تصادمين عكس E ويكتسب انجرافًا بطيئًا قدره جزء من المليمتر في الثانية. والتيار I = nAv_d e. الأيونات الأسخن تهتز أكثر، فتتقارب التصادمات ويقل τ وتزداد المقاومية ρ = m/(ne²τ).
طريقة الاستخدام
اختر «الفلز» واضبط «شدة التيار I» و«المقطع A» و«درجة الحرارة T» و«طول السلك L». راقب الإلكترون البرتقالي يتعرج وينجرف ببطء عكس المجال، وعُدّ الإلكترونات التي تعبر المقطع المتقطع. اقرأ سرعة الانجراف والمجال والزمن بين التصادمات والتحركية أسفل الصورة، واضغط «تسجيل» لإضافة صف إلى الجدول. ويبيّن الرسم البياني كيف تتغير المقاومية وτ مع درجة الحرارة.
المعاملات القابلة للتغيير
- الفلز النحاس, الفضة, الذهب, الألومنيوم
- شدة التيار I 0–20 A
- مساحة المقطع العرضي A 0.1–10 mm²
- درجة الحرارة T 100–600 K
- طول السلك L 0.1–10 m
- تتبّع إلكترونًا واحدًا
أسئلة للاستكشاف
- لماذا تكون سرعة انجراف الإلكترونات صغيرة جدًا رغم أنها تتحرك عشوائيًا بسرعة تقارب 10⁵ m/s؟
- إذا مرّ التيار نفسه في سلك أرفع، فماذا يحدث لسرعة الانجراف ولماذا؟
- لماذا تزداد مقاومة سلك النحاس عندما يسخن؟
