Inside a Conductor — Random Motion to Drift
دائرة نحاسية مغلقة مفتوحة أمامك لترى الإلكترونات الحرة بداخلها. فمع إيقاف المجال تكون منطلقة أصلًا بسرعة نحو 10⁶ م/ث، تصطدم بالشبكة البلورية ولا تصل في المتوسط إلى أي مكان. شغّل المجال فيظهر فوق ذلك الانطلاق ميلٌ بطيء ثابت — وهذا الميل هو التيار كله.
كيف تستخدم هذه المحاكاة
- اضغط Field off لمشاهدة الحركة الحرارية الخالصة دون أي تيار
- اضغط Field on لتراكب الانجراف وبدء عبور الشحنة للمقطع
- تابع إلكترونًا واحدًا مُبرزًا عبر عدة تصادمات لترى مساره المتعرج
- انظر على امتداد الدائرة لتتأكد أن الانجراف واحد في كل موضع منها
ما الذي تلاحظه
- مع إيقاف المجال تتحرك الإلكترونات بسرعة لكن السحابة كلها تبقى في مكانها
- مع تشغيل المجال لا يتغير الانطلاق — بل يُضاف إليه ميل بطيء في اتجاه واحد فحسب
- الانجراف أبطأ من السرعة الحرارية إلى حدٍّ يوجب مراقبة السحابة لا إلكترون واحد لرؤيته
- التصادمات مع الشبكة تعيد ضبط التسارع باستمرار، ولهذا يبقى الانجراف ثابتًا بدل أن يتعاظم
- كل مقطع من الدائرة يحمل الانجراف نفسه، فيكون التيار واحدًا على امتداد المسار كله
الفيزياء وراءها
السرعة الحرارية في النحاس عند درجة حرارة الغرفة نحو 10⁶ م/ث، لكن الاتجاهات عشوائية فيكون متوسط الإزاحة صفرًا ولا تُنقل أي شحنة. والمجال المسلَّط E يضيف تسارعًا a = eE/m بين التصادمات، يعيده كل تصادم إلى الصفر. والناتج متوسطٌ صغير ثابت يُسمّى سرعة الانجراف، رتبته عادةً 10⁻⁴ م/ث — أي أقل بعشر رتب من السرعة الحرارية. والتيار هو I = nAv_d e، ولا يظهر فيه إلا حد الانجراف الضئيل هذا.