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Electrónica Online

¿Qué es la Velocidad de Deriva?

Velocidad de Deriva

La deriva se refiere al movimiento lento hacia una cosa/objeto. La velocidad media de las partículas cargadas en un material debido a un campo eléctrico se conoce como velocidad de deriva. En este artículo, vamos a aprender en detalle sobre la velocidad de deriva.

¿Qué es la Velocidad de Deriva?

Las partículas subatómicas, como los electrones, se mueven en direcciones aleatorias todo el tiempo. Cuando los electrones son sometidos a un campo eléctrico se mueven aleatoriamente, pero se desplazan lentamente en una dirección, en la dirección del campo eléctrico aplicado. La velocidad neta a la que se desplazan estos electrones se conoce como velocidad de deriva.

velocidad de deriva significado

La velocidad de deriva puede definirse como: «La velocidad media con la que los electrones libres se desvían hacia el extremo positivo del conductor bajo la influencia de un campo eléctrico externo».

Velocidad de Deriva de los Electrones

Los electrones libres se mueven en un conductor con velocidades aleatorias en direcciones aleatorias. Cuando aplicamos un campo eléctrico a través del conductor, los electrones que se mueven al azar experimentan una fuerza eléctrica en la dirección del campo.

Velocidad de Deriva de los Electrones

Debido a este campo, los electrones continúan su movimiento aleatorio, pero se desplazarán hacia un potencial más alto con su movimiento aleatorio. Esto significa que los electrones derivarán hacia el extremo de mayor potencial del conductor junto con sus movimientos aleatorios. Así, cada electrón tendrá una velocidad neta hacia el extremo del conductor con mayor potencial y nos referimos a esta velocidad neta como la velocidad de deriva de los electrones. La corriente debida a este movimiento de deriva de los electrones dentro de un conductor se conoce como corriente de deriva.

Fórmula para Calcular la Velocidad de Deriva

Podemos utilizar la siguiente fórmula para calcular la velocidad de deriva:

v = I/nAq

Donde:

  • v es la velocidad de deriva de los electrones.
  • I es la corriente que circula por el conductor medido en amperios.
  • A es el área de la sección transversal del conductor medida en m2.
  • q es la carga de un electrón medida en culombios.
  • n es el número de electrones.

Ejemplo:

Consideremos una corriente de 3A que circula por un conductor de cobre con una sección transversal de 1mm2 (1×10-6m2)

Sabemos que para el cobre, n = 8.5 x 1028 por m3

Así que según la fórmula tenemos,

v = 3 / 8.5×1028 x 1×10-6 x 1.6×10-19

Donde, q = 1.6 x 10-19C

Por lo tanto,

v = 2.205882 x 10-4 ms-1

Si se aumenta la intensidad del campo eléctrico, los electrones se aceleran más rápidamente hacia la dirección positiva, opuesta a la dirección del campo eléctrico aplicado.

Relación entre Velocidad de Deriva y Corriente Eléctrica

Todo conductor contiene electrones libres que se mueven aleatoriamente en él. El movimiento de los electrones en una dirección causado por la velocidad de deriva genera una corriente. La velocidad de deriva de un electrón es muy pequeña, generalmente en términos de 10-1m/s. Por lo tanto, con esta cantidad de velocidad, un electrón tardará normalmente 17 minutos en atravesar un conductor de un metro de longitud.

Eso significa que si encendemos una bombilla eléctrica, debería encenderse al cabo de 17 minutos. Pero podemos encender la bombilla eléctrica de nuestra casa a la velocidad de un rayo con sólo pulsar un interruptor. Esto se debe a que la velocidad de la corriente eléctrica no depende de la velocidad de deriva del electrón.

La corriente eléctrica se mueve con la velocidad de la luz. No se establece con la velocidad de deriva de los electrones en el material. Por lo tanto, puede variar en el material, pero la velocidad de la corriente eléctrica siempre se establece en la velocidad de la luz.

Relación entre Velocidad de Deriva y Densidad de Corriente

La densidad de corriente se define como la cantidad total de corriente que pasa por unidad de tiempo por unidad de superficie de la sección transversal del conductor. A partir de la fórmula de la velocidad de deriva, la corriente viene dada por:

I = nAvQ

Por lo tanto, la densidad de corriente J cuando se da el área de la sección transversal y la velocidad de deriva se puede calcular como:

J= I/A =nvQ

Donde:

  • v es la velocidad de deriva de los electrones.
  • J es la densidad de corriente medida en amperios por metro cuadrado.

Así, a partir de la fórmula, se puede decir que la velocidad de deriva de los electrones de un conductor y su densidad de corriente son directamente proporcionales entre sí. A medida que la velocidad de deriva aumenta con el aumento de la intensidad del campo eléctrico, la corriente que fluye por el área de la sección transversal también aumenta.

Relación entre Velocidad de Deriva y Tiempo de Relajación

En un conductor, los electrones se mueven aleatoriamente como moléculas de gas. Durante este movimiento, chocan entre sí. El tiempo de relajación del electrón es el tiempo que necesita el electrón para volver a su valor de equilibrio inicial después de la colisión. Este tiempo de relajación es directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico externo aplicado. Cuanto mayor sea el tiempo del campo eléctrico, mayor será el tiempo que necesiten los electrones para volver a su equilibrio inicial después de retirar el campo.

El tiempo de relajación también se define como el tiempo durante el cual el electrón puede moverse libremente entre colisiones sucesivas con otros iones.

Cuando la fuerza debida al campo eléctrico aplicado es eE, entonces V puede darse como:

V = (eE/m)T

donde T es el tiempo de relajación de los electrones.

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