Velocidad de deriva y tiempo de relajación de impulso son dos conceptos clave para comprender el movimiento de las partículas cargadas, particularmente en el contexto de la conductividad eléctrica en los materiales.
1. Velocidad de deriva (VD):
* Definición: La velocidad promedio alcanzada por partículas cargadas (electrones o agujeros) en un material bajo la influencia de un campo eléctrico.
* Explicación: Imagine un conductor con electrones libres. Cuando se aplica un campo eléctrico, los electrones experimentan una fuerza y comienzan a acelerar. Sin embargo, no se aceleran indefinidamente porque constantemente chocan con los átomos del conductor. Estas colisiones hacen que los electrones pierdan impulso y cambien de dirección. El efecto neto es una deriva lenta y constante de electrones en la dirección opuesta al campo eléctrico. Esta velocidad promedio de deriva se llama velocidad de deriva.
* Factores que afectan la velocidad de deriva:
* fuerza de campo eléctrico (E): Más alto en el campo eléctrico, más rápido la velocidad de aceleración y deriva.
* movilidad de electrones (μ): Una medida de la facilidad con la que los electrones se mueven a través del material. Una mayor movilidad conduce a una mayor velocidad de deriva.
* Temperatura: A temperaturas más altas, los electrones chocan con mayor frecuencia, reduciendo la velocidad de deriva.
2. Tiempo de relajación de impulso (τ):
* Definición: El tiempo promedio entre las colisiones de una partícula cargada con los átomos del material.
* Explicación: Durante el tiempo entre colisiones, la partícula cargada se está acelerando bajo la influencia del campo eléctrico. Las colisiones hacen que la partícula pierda su impulso y comience a moverse al azar nuevamente. El tiempo promedio entre estas colisiones es el tiempo de relajación de impulso.
* Factores que afectan el tiempo de relajación del momento:
* Temperatura: La temperatura más alta conduce a colisiones más frecuentes, disminuyendo el tiempo de relajación de impulso.
* Propiedades del material: Diferentes materiales tienen diferentes estructuras atómicas e imperfecciones cristalinas, que afectan la frecuencia de colisión y el tiempo de relajación.
Relación entre la velocidad de deriva y el tiempo de relajación de impulso:
La velocidad de deriva (VD) es directamente proporcional al campo eléctrico (E) y el tiempo de relajación de impulso (τ):
vd =μe =(eτ/m) e
Dónde:
* e es la carga del electrón
* m es la masa del electrón
significado:
Comprender la velocidad de deriva y el tiempo de relajación de impulso es crucial para:
* Comprensión de la conductividad eléctrica: Una mayor velocidad de deriva y un tiempo de relajación más largo conducen a una mayor conductividad.
* Diseño de materiales para aplicaciones específicas: El control de la velocidad de deriva y el tiempo de relajación permite adaptar las propiedades eléctricas de los materiales para aplicaciones específicas, como en transistores o células solares.
* Análisis del transporte de electrones en diferentes materiales: Ayuda a comprender cómo los electrones se mueven a través de diferentes materiales y cómo su movimiento está influenciado por varios factores como la temperatura, las impurezas y el campo eléctrico.
En resumen:
La velocidad de deriva es la velocidad promedio de las partículas cargadas bajo un campo eléctrico, influenciado por la resistencia al campo eléctrico, la movilidad de los electrones y la temperatura. El tiempo de relajación de impulso es el tiempo promedio entre colisiones, afectado por la temperatura y las propiedades del material. Ambos juegan un papel vital en la determinación de la conductividad eléctrica de los materiales.
