Deriva de elétrons em um metal – velocidade de deriva, mobilidade e resistividade

O que mostra

Em um metal, cerca de um elétron por átomo pode se mover livremente pela rede de íons positivos. Esses elétrons se movem ao acaso a uns 10⁵ m/s e colidem o tempo todo com os íons, que vibram, então sem campo não há movimento resultante. Uma diferença de potencial cria um campo E no fio; entre uma colisão e outra cada elétron é empurrado no sentido oposto a E e ganha uma deriva lenta, de uma fração de milímetro por segundo. A corrente é I = nAv_d e. Íons mais quentes vibram mais, as colisões ficam mais frequentes, τ diminui e a resistividade ρ = m/(ne²τ) aumenta.

Como usar

Escolha um Metal e ajuste Corrente I, Seção A, Temperatura T e Comprimento do fio L. Veja o elétron laranja fazer zigue-zague e derivar devagar contra o campo, e conte os elétrons que atravessam a seção tracejada. Leia a velocidade de deriva, o campo, o tempo entre colisões e a mobilidade abaixo da figura, e clique em Registrar para adicionar uma linha à tabela. O gráfico mostra como a resistividade e τ mudam com a temperatura.

Parâmetros que você pode mudar

• Metal Cobre, Prata, Ouro, Alumínio
• Corrente I 0–20 A
• Área da seção transversal A 0,1–10 mm²
• Temperatura T 100–600 K
• Comprimento do fio L 0,1–10 m
• Seguir um elétron

Perguntas para explorar

1. Por que a velocidade de deriva dos elétrons é tão pequena, se eles se movem ao acaso a cerca de 10⁵ m/s?
2. Se a mesma corrente passa por um fio mais fino, o que acontece com a velocidade de deriva e por quê?
3. Por que a resistência de um fio de cobre aumenta quando ele esquenta?