Плътност на тока в метал и полупроводник

Определение на плътността на тока

Плътността на тока се дефинира като електрическият ток върху площта на пресечното сечение на проводника, обозначаван с J.

Формула за плътността на тока

Плътността на тока в метал се изчислява чрез J = I/A, където I е токът, а A е площта на пресечното сечение.

Течене на тока в полупроводниците

В полупроводниците плътността на тока е резултат от движението както на електрони, така и на дупки, които се движат в противоположни посоки, но прибират към една и съща посока на тока.

Плътността на тока в метал

Представете си проводник с пресечно сечение от 2,5 квадратни мм. Ако електрически потенциал предизвика ток от 3 А, плътността на тока ще бъде 1,2 А/мм² (3/2,5). Това предполага, че токът е равномерно разпределен. Следователно, плътността на тока се дефинира като електрическия ток върху площта на пресечното сечение на проводника.

Плътността на тока, обозначена с J, се дава чрез J = I/A, където 'I' е токът, а 'A' е площта на пресечното сечение. Ако N електрона преминат през пресечното сечение за време T, то прехвърлената заряд е Ne, където e е зарядът на един електрон в кулони.

Сега количеството заряд, преминаващо през пресечното сечение във време, е

Отново, ако N брой електрони се намират в дължина L на проводника, то концентрацията на електроните е

Сега, от уравнение (1) можем да запишем,

Тъй като N брой електрони се намират в дължина L и всички те преминават през пресечното сечение за време T, дрейфовата скорост на електроните ще бъде,

Следователно, уравнение (2) може да бъде преформулирано като

Сега, ако приложим електрическо поле към проводника E, дрейфовата скорост на електроните ще се увеличи пропорционално,

Където, μ се дефинира като подвижността на електроните

Плътността на тока в полупроводниците

Общата плътност на тока в полупроводниците е сумата от плътностите на тока, причинени от електрони и дупки, всяка от които има различна подвижност.

Връзка с проводимостта

Плътността на тока (J) е свързана с проводимостта (σ) чрез формулата J = σE, където E е интензитетът на електрическото поле.