इलेक्ट्रॉन के अपवाह (drift) और अपवाह वेग को समझाइए। चालक के अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल के पदों में विद्युत धारा का समीकरण व्युत्पन्न कीजिए।

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(N/A) $1$. इलेक्ट्रॉन का अपवाह (Drift): एक चालक में,मुक्त इलेक्ट्रॉन तापीय ऊर्जा के कारण यादृच्छिक गति करते हैं और धनात्मक आयनों से टकराते हैं। उनका औसत वेग शून्य होता है। जब एक बाहरी विद्युत क्षेत्र $E$ लगाया जाता है,तो ये इलेक्ट्रॉन $F = -eE$ बल का अनुभव करते हैं,जिससे वे विद्युत क्षेत्र की विपरीत दिशा में धीरे-धीरे अपवाहित (drift) होते हैं। इस शुद्ध धीमी गति को अपवाह कहा जाता है।
$2$. अपवाह वेग $(v_d)$: इसे बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में चालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्राप्त औसत वेग के रूप में परिभाषित किया गया है। यदि $\tau$ औसत विश्रांति काल (relaxation time) है,तो $v_d = -\frac{eE\tau}{m}$ होता है।
$3$. विद्युत धारा $(I)$ की व्युत्पत्ति: $A$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और $L$ लंबाई वाले एक चालक पर विचार करें। मान लीजिए $n$ मुक्त इलेक्ट्रॉनों का संख्या घनत्व है। $A \Delta x$ आयतन में इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या $n A \Delta x$ है। चूंकि $\Delta x = v_d \Delta t$,इसलिए $\Delta t$ समय में अनुप्रस्थ काट से गुजरने वाला कुल आवेश $\Delta Q = (n A v_d \Delta t) e$ है। विद्युत धारा $I = \frac{\Delta Q}{\Delta t} = n e A v_d$ द्वारा दी जाती है।

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$1\,m$ लंबे तांबे के तार में $1\,A$ की धारा प्रवाहित हो रही है। यदि तार का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $2.0\,mm^{2}$ है और तांबे की प्रतिरोधकता $1.7 \times 10^{-8}\,\Omega\,m$ है,तो तार में गतिमान इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किया गया बल $x \times 10^{-23}\,N$ है। $x$ का मान ज्ञात कीजिए। (इलेक्ट्रॉन पर आवेश $= 1.6 \times 10^{-19}\,C$)

समान पदार्थ के दो तार $A$ और $B$ हैं,जिनकी त्रिज्याओं का अनुपात $1: 2$ है और उनमें प्रवाहित होने वाली धाराओं का अनुपात $4: 1$ है। $A$ और $B$ में इलेक्ट्रॉनों के अनुगमन वेग (drift speed) का अनुपात ....... है।

असमान अनुप्रस्थ काट वाले एक तार में स्थिर धारा प्रवाहित हो रही है। तार के अनुदिश,

$20 \ cm$ लंबाई के एक चालक तार के सिरों के बीच विभवांतर $30 \ V$ है। यदि इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता (mobility) $2 \times 10^{-6} \ m^2 \ V^{-1} \ s^{-1}$ है,तो इलेक्ट्रॉनों का अनुगमन वेग (drift velocity) क्या होगा?

तांबे के तार में प्रत्येक परमाणु एक मुक्त इलेक्ट्रॉन छोड़ता है। यदि व्यास $1\, mm$ है और धारा $1.1\, A$ है,तो अपवाह वेग (drift velocity) ज्ञात कीजिए। (दिया है: घनत्व $\rho = 9 \times 10^{3}\, kg/m^3$,मोलर द्रव्यमान $M = 63\, g/mol$,आवोगाद्रो संख्या $N_A = 6.023 \times 10^{23}\, mol^{-1}$,प्राथमिक आवेश $e = 1.6 \times 10^{-19}\, C$)

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