¿Cuál es la velocidad de deriva de un electrón en un superconductor?

¿Cómo es, en comparación con la velocidad de deriva en un conductor?

Respuestas (2)

La velocidad de deriva de los electrones es un concepto que depende del modelo de estado sólido asumido para un sólido. Aquí hay una vista microscópica de la corriente.

micrófono

Donde se puede definir la velocidad de deriva.

Aunque los conductores se describen mejor con la teoría de bandas de sólidos, esta vista microscópica tiene sentido ya que la carga se mueve en pasos en las dimensiones de la red.

Para la superconductividad, existen modelos en los que el comportamiento de los electrones que llevan la carga no es como el de la imagen de arriba.

La teoría BCS se aplica directamente a superconductores como Nb3Ge (Tc = 23K) en los que los electrones están unidos por su interacción con las vibraciones de la red subyacente: un electrón en el par polariza la red atrayendo los núcleos hacia él, dejando una región de exceso de carga positiva (un pozo de potencial) en el que se atrae un segundo electrón: los núcleos cargados positivamente median así una atracción entre los electrones cargados negativamente. Solo los electrones dentro de la frecuencia vibratoria de Ef pueden emparejarse mediante esta interacción, por lo que solo una pequeña fracción de los electrones se vuelven superconductores.

Supongo que para los electrones no enlazados, si se aplica un campo, la velocidad de deriva será la definida en la parte superior. De lo contrario, se necesita un modelo específico para la velocidad de deriva de los portadores de carga en un circuito superconductor. Tenga en cuenta que la ley de Ohm no se aplica ya que la resistencia es cero y un campo eléctrico aplicado destruirá la superconductividad.

Este artículo utiliza la velocidad de deriva de los portadores de carga en un superconductor en un modelo específico.

Esta medida dice:

La velocidad de deriva, de acuerdo con la teoría, resultó ser proporcional a la densidad de corriente e independiente de la configuración de la capa normal y superconductora.

Así la velocidad de deriva es la del material, por supuesto a las bajas temperaturas de superconductividad. Existe una dependencia de la temperatura :

temderiva

Esto es para un semiconductor, gemanio, pero también existe una ligera dependencia en los metales, por lo que puedo verificar.

Resuma el documento que vinculó o al menos dígame qué leer. Estoy empezando a estudiar superconductores.
debe leer el documento vinculado, es bastante simple arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1012/1012.0879.pdf
Entonces, la respuesta corta es alrededor de 10 km/s, lo cual es una gran diferencia con las pocas micras por segundo que tenemos en los conductores sólidos normales.

A continuación, copié parte del artículo de Wiki que explica la velocidad de deriva. El término σ se refiere a la conductividad que para un material en modo superconductor sería muy grande. Por lo tanto, parecería que la velocidad de deriva sería mucho mayor que para los materiales conductores ordinarios. El resto de las variables son, por supuesto, importantes, pero no especificó el material conductor específico. Los materiales ordinarios solo se desplazan a menos de un milímetro por segundo, por lo que incluso en un superconductor sería mucho menor que la velocidad de la luz.

De wiki:

En términos de las propiedades básicas del conductor óhmico metálico portador de corriente cilíndrico recto, donde los portadores de carga son electrones, esta expresión se puede reescribir como [cita requerida]:

donde, u es nuevamente la velocidad de deriva de los electrones, en m⋅s−1; m es la masa molecular del metal, en kg; ΔV es el voltaje aplicado a través del conductor, en V; ρ es la densidad (masa por unidad de volumen) del conductor, en kg⋅m−3; e es la carga elemental, en C; f es el número de electrones libres por átomo. ℓ es la longitud del conductor, en m; y

σ es la conductividad eléctrica del medio a la temperatura considerada, en S/m

las velocidades de deriva en los materiales superconductores eran casi las mismas que las de los buenos conductores como el alambre de cobre. Así que en algún lugar en el vecindario de 0,1 a 1 mm/seg.