최종 업데이트: 2026-07-01

드리프트 속도

드리프트 속도는 도체에 전류가 흐를 때 전하 운반자(주로 자유 전자)가 도체를 따라 이동하는 순 평균 속도입니다. 운반자 자체는 금속 원자와 끊임없이 충돌하면서 빠르고 무질서하게 움직이지만, 그 무질서한 운동 위에 겹쳐진 작고 일정한 흐름이 전류를 실어 나릅니다. 이 계산기는 전류, 운반자 밀도, 도체의 단면적, 각 운반자의 전하로부터 $v_d = I /(n A q)$를 이용해 드리프트 속도를 구합니다.

공식의 유도

시간 $t$ 동안 운반자는 도선을 따라 $v_d\, t$만큼 이동합니다. 그 길이 안의 모든 운반자가 어떤 단면을 통과하므로, 쓸고 지나가는 부피는 $A\, v_d\, t$입니다. 여기에 운반자 밀도 $n$을 곱하면 운반자의 수가, 다시 각 운반자의 전하 $q$를 곱하면 단면을 통과하는 총 전하가 됩니다.

전류는 단위 시간당 전하 $I = Q/t$이므로 시간이 소거됩니다.

드리프트 속도에 대해 풀면 $v_d = I /(n A q)$가 됩니다.

공식

금속에서 $n$은 세제곱미터당 자유 전자의 수로 구리는 약 $8.5\times10^{28}\ \text{m}^{-3}$이며, $q$는 기본 전하 $e = 1.602\times10^{-19}\ \text{C}$입니다.

계산 예시

단면적이 $A = 1\ \text{mm}^2 = 1\times10^{-6}\ \text{m}^2$인 구리선에 $I = 1\ \text{A}$의 전류가 흐르는 경우를 생각해 봅니다. 구리는 세제곱미터당 $n = 8.5\times10^{28}$개의 자유 전자를 가지며, 각 전자는 $q = 1.602\times10^{-19}\ \text{C}$을 운반합니다.

이는 약 0.073 mm/s, 즉 한 시간에 약 7센티미터에 해당합니다. 스위치를 켜는 순간 전구가 켜지는 것에 비하면 놀라울 만큼 느린 걸음입니다.

드리프트 속도가 작은 이유

드리프트 속도가 매우 작은 것은 전자가 느려서가 아니라 그 수가 너무 많기 때문입니다. 구리 1세제곱밀리미터 안에는 약 $8.5\times10^{19}$개의 자유 전자가 있습니다. 이처럼 방대한 운반자 저장고가 있으면 각 전자는 조금만 앞으로 나아가도 상당한 전류를 전달할 수 있습니다. 같은 전자의 무작위 열운동 속도는 $10^6\ \text{m/s}$ 정도로 드리프트보다 백억 배 이상 빠르지만, 이 운동은 평균하면 0이 되어 순 전류에 기여하지 않습니다.

드리프트 속도와 신호 속도

드리프트의 느림은 자연스러운 의문을 낳습니다. 전자가 초당 몇 분의 1밀리미터씩만 기어간다면, 왜 스위치를 닫는 순간 전등이 켜질까요? 답은 전기 신호가 전자와 같지 않다는 데 있습니다. 회로가 연결되면 전기장이 빛의 속도의 상당한 비율로 도체를 따라 퍼지고, 도선을 따라 있는 모든 운반자가 거의 동시에 드리프트를 시작합니다. 개별 전자는 드리프트 속도로 조금씩 움직이지만, 전류는 회로 전체에서 극히 짧은 시간 안에 형성됩니다.

적용 한계

이 공식은 균일한 밀도를 가진 한 종류의 운반자가 일정한 단면의 도체를 통과하는 경우를 가정합니다. 반도체에서는 전자와 정공이 모두 각자의 밀도와 이동도를 가지고 기여하므로, 전류는 두 드리프트 항의 합이 됩니다. 운반자 밀도 $n$은 물질에 따라 여러 자릿수로 달라지며, 그래서 같은 전류라도 도핑이 약한 반도체에서는 금속보다 훨씬 큰 드리프트 속도가 나타납니다. 다만 일상적인 금속 배선에 대해서는 위의 단일 운반자 결과가 매우 좋은 근사값을 제공합니다.