
【電】 electron velocity
電子速度(Electron Velocity)在電子工程和物理學中通常指電荷載流子在電場作用下的平均定向運動速率,也稱為漂移速度(Drift Velocity)。根據《牛津電子工程詞典》,其核心公式為:
$$ v_d = mu E $$
其中,$mu$表示電子遷移率(單位:m²/(V·s)),$E$為電場強度(單位:V/m)。
該術語在不同語境下的延伸含義包括:
實際應用中,電子速度受材料晶格散射、溫度及雜質濃度影響。例如,矽的電子遷移率約為1500 cm²/(V·s),而砷化镓可達8500 cm²/(V·s),這一差異直接影響高頻器件性能(《微電子器件設計手冊》。
“電子速度”需要結合不同物理情境來理解,具體分為以下幾種含義:
這是指電路中電場建立的速度,即電磁波的傳播速度,等于光速(約 $3 times 10 text{m/s}$)。例如,打開開關時,電能幾乎瞬間傳遞到整個電路,但并非電子本身在移動,而是能量的傳遞。
在導體(如銅線)中,電子的定向移動速度極低,通常為毫米/秒 量級。例如,在1A電流的銅導線中,電子漂移速度僅約 $0.1 text{mm/s}$。這源于電子與原子核的頻繁碰撞,導緻其實際遷移非常緩慢。
在電場加速下(如陰極射線管),電子速度可通過公式計算:
$$ v = sqrt{frac{2eV}{m}} $$
其中 $e$ 為元電荷,$V$ 為電勢差,$m$ 為電子質量。例如,$V=100 text{V}$ 時,速度約為 $5.93 times 10 text{m/s}$(約光速的2%)。
在原子内部,電子速度需用量子力學描述:
類型 | 典型速度範圍 | 物理場景 |
---|---|---|
電流傳播速度 | $3 times 10 text{m/s}$ | 電路通斷能量傳遞 |
漂移速度 | $10^{-4} text{m/s}$ | 導體中電子定向移動 |
真空加速速度 | $10 text{m/s}$ | 電場加速(如真空管) |
原子内電子速度 | $10 text{m/s}$ | 量子态(如氫原子) |
建議結合具體場景選擇對應的定義。如需更詳細參數,可參考來源網頁中的公式或實驗數據。
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