15.2 Drift velocity
Unit ini menerangkan halaju hanyut (drift velocity) elektron dan menerbitkan serta menggunakan persamaan I = Anev.
SP 15.2.1Explain drift velocity;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)
Calon perlu menerangkan halaju hanyut sebagai halaju purata bersih pembawa cas dalam arah medan (atau bertentangan bagi elektron) apabila beza keupayaan dikenakan.
- IsiMaksudHuraian
Halaju hanyut ialah halaju purata elektron bebas sepanjang konduktor hasil gabungan gerakan rawak dan pecutan medan.
ContohDalam wayar kuprum membawa 2.0 A, v ≈ 1.5 × 10⁻⁴ m s⁻¹.
- IsiBerbanding laju rawakHuraian
Laju rawak sekitar 10⁵ m s⁻¹ jauh lebih tinggi, tetapi puratanya sifar; hanya halaju hanyut menghasilkan arus.
ContohKumpulan lebah berlegar rawak tetapi seluruh kumpulan bergerak perlahan ke satu arah.
NotaHalaju hanyut (drift velocity)
Halaju hanyut ialah halaju purata pembawa cas sepanjang konduktor apabila medan elektrik dikenakan. Ia sangat kecil (≈ 10⁻⁴ m s⁻¹) berbanding laju rawak (≈ 10⁵ m s⁻¹) kerana elektron kerap berlanggar dengan ion kekisi. Elektron hanyut bertentangan arah medan (dan arus konvensional). Lampu menyala serta-merta kerana medan elektrik merambat hampir pada laju cahaya, menggerakkan semua elektron serentak.
Peta buih bergandaLaju rawak berbanding halaju hanyut
SP 15.2.2Derive and solve problems using the equation I = Anev.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Derive (Menerbitkan)
Calon perlu menerbitkan I = Anev daripada bilangan pembawa dalam isipadu Avt dan menggunakannya.
- IsiTerbitanHuraian
Dalam masa t, pembawa dalam isipadu Avt melalui keratan; Q = nAvte; I = Q/t = Anev.
ContohLangkah kunci: bilangan pembawa = n × isipadu.
- IsiPenggunaanHuraian
v = I/(Ane); A dalam m².
ContohA = 1.0 × 10⁻⁶ m², I = 2.0 A, n = 8.5 × 10²⁸ m⁻³: v = 1.5 × 10⁻⁴ m s⁻¹.
Peta alirTerbitan I = Anev
- Konduktor luas keratan rentas A, n pembawa cas per unit isi padu, setiap satu bercas e, hanyut dengan halaju v.
- Dalam masa t, pembawa bergerak sejauh vt; isi padu yang melalui keratan = Avt.
- Bilangan pembawa = nAvt; cas Q = nAvte.
- I = Q/t = nAve, iaitu I = Anev.
Peta alirContoh: halaju hanyut dalam kuprum
- A = 1.0 mm² = 1.0 × 10⁻⁶ m², I = 2.0 A, n = 8.5 × 10²⁸ m⁻³, e = 1.60 × 10⁻¹⁹ C.
- v = I/(Ane).
- v = 2.0/[(1.0 × 10⁻⁶)(8.5 × 10²⁸)(1.60 × 10⁻¹⁹)] = 2.0/(1.36 × 10⁴).
- v = 1.47 × 10⁻⁴ m s⁻¹ ≈ 1.5 × 10⁻⁴ m s⁻¹.
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- NAVE
- I = nAve: n (ketumpatan pembawa), A (luas keratan), v (halaju hanyut), e (cas elektron).
Kad imbas
- Halaju hanyut
- Halaju purata pembawa cas sepanjang konduktor akibat medan elektrik.
- Magnitud lazim halaju hanyut
- ≈ 10⁻⁴ m s⁻¹
- Persamaan arus–hanyut
- I = Anev
- Kesan A separuh (I tetap)
- v berganda
Semak kefahaman
Nyatakan maksud halaju hanyut (drift velocity). (SP 15.2.1)
Lihat jawapan
Halaju hanyut ialah halaju purata pembawa cas sepanjang konduktor apabila medan elektrik dikenakan.
Wayar A = 5.0 × 10⁻⁷ m², n = 8.0 × 10²⁸ m⁻³ membawa 1.0 A. Hitung halaju hanyut. (e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C) (SP 15.2.2)
Lihat jawapan
v = I/(Ane) = 1.0 ÷ (5.0 × 10⁻⁷ × 8.0 × 10²⁸ × 1.6 × 10⁻¹⁹) = 1.0 ÷ 6.4 × 10³ = 1.56 × 10⁻⁴ m s⁻¹.
10 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (5)
- Mengingat
Aktiviti: Murid menulis takrif halaju hanyut (drift velocity) dan unit dalam kad semakan selama 8 minit.
Bukti hasil kerja: Takrif dan unit betul; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 15.2.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat - Memahami
Aktiviti: Dalam pasangan, murid menerangkan mengapa elektron bergerak perlahan tetapi mentol menyala serta-merta, menggunakan lakaran medan elektrik.
Bukti hasil kerja: Penerangan lisan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 15.2.1 · Latihan sepadan: aras Memahami - Mengaplikasi
Aktiviti: Murid menerbitkan I = Anev dan mengira halaju hanyut dalam wayar kuprum dengan data n, A dan I diberi.
Bukti hasil kerja: Terbitan dan pengiraan berunit; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 15.2.2 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - Menganalisis
Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis perbandingan halaju hanyut dalam wayar tebal dan nipis pada arus sama dan menjelaskan kesan.
Bukti hasil kerja: Jadual nisbah dan penjelasan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 15.2.2 · Latihan sepadan: aras Menganalisis - Menilai
Aktiviti: Murid menilai mengapa semikonduktor mempunyai halaju hanyut lebih besar pada arus sama berbanding logam, menggunakan perbezaan n, dan menjustifikasi.
Bukti hasil kerja: Perbandingan angka dan justifikasi; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 15.2.2 · Latihan sepadan: aras Menilai
Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 109 unit Fizik STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.