Metallerdeki yük taşıyıcılar olan elektronlar aslında devrenin bir ucundan diğer ucuna hareket etmez. Yani bir elektrona "baktığınızda" onun bir uçtan kalkıp devreyi tamamlayacak şekilde diğer uca gittiğini "göremezsiniz".
Devrede herhangi bir potansiyel farkı yoksa elektronların hareketi rastgeledir, hem birbirleri ile hem de hemen hemen sabit duran atomlar ile çarpışmalar yaparak rastgele hareket ederler. Hızları 1 milyon metre/saniye mertebesindedir. Büyük bir hız! Ama rastgele olduğundan devrede net bir akım oluşmaz. Bir elektronu belirli bir süre "gözlediğinizde" harekete başladığı yere çok yakın bir yerlerde olduğunu görürsünüz, gözlem sürenizin sonunda. Elbette malzeme dışına da -iyonlar tarafından güçlü bir çekime maruz bırakıldıklarından- kaçamazlar.
Şimdi devreye potansiyel farkı uygulandığını düşünelim. Bu bir elektrik alanın varlığı demektir ve elektronlar bu elektrik alanın zıt yönünde hareket etmeye başlarlar. Potansiyel farkı uygulandığı anda oluşan elektrik alan ışık hızı ile devrenin bir ucundan diğer ucuna yayılır, yani devrenin her yerindeki elektronlar -hemen hemen- aynı anda bu alana zıt yönde hareket etmeye başlar. Fakat yukarıda bahsettiğim çarpışmalar yine varlığını sürdürür. Ancak şöyle bir fark oluşur: elektrik alan yokken belirli bir zaman boyunca bir elektronu "gözlediğinizde" zaman başlangıcı ve sonunda hemen hemen aynı yerde olduğunu görürsünüz demiştim. İşte elektrik alan varken elektron hareketine başladığı yere -önceki duruma göre- daha uzak bir yerdedir artık. Bundan faydalanarak sürüklenme hızı kavramı tanımlanır. Sürüklenme hızı 0.0001 metre/saniye mertebesindedir. Kabaca şunu düşünebiliriz: eğer bir elektron -çarpışma vb. den kaynaklanan- rastgele hareketi gözetilirse bir metrelik bir bakır telin bir ucundan diğerine 10000 saniyede varacaktır, yani yaklaşık 2.8 saat! Ama anahtarı kapattığınız anda salonunuzdaki lamba yanıyor!
Buradaki önemli nokta, salonunuzdaki lambanın anahtarını kapattığınızda devrenin her yerindeki elektronların -hemen hemen- aynı anda bu rastgele ama elektrik alanın zıt yönüne yönelmiş harekete başlaması. Hani şu sürüklenme hızında olan hareket. O zaman anahtarın hemen yanındaki bölgede de, lambanın tungsten telinin içindeki bir bölgede de aynı anda bu hareket başlar ve akım elde etmiş olursunuz.
Voltmetre gibi çok yüksek dirençli yerlerde sürüklenme hızı çok düşük (0.0001 den daha küçük yani sıfıra çok yakın) olduğundan buralarda akım oluşmamış olur. Hepsi bu. Sürüklenme hızına dair güzel bazı animasyonlar mevcut, inceleyebilirsiniz[1].
Kaynaklar
- F. Esquembre. Ejss Drift Velocity Model. Alındığı Tarih: 16 Şubat 2022. Alındığı Yer: Open Source Physics @ Singapore | Arşiv Bağlantısı
