Proudová hustota v kovech a polovodičích

Definice hustoty proudového toku

Hustota proudového toku je definována jako elektrický proud na jednotku plochy průřezu vodiče, označovaná J.

Vzorec pro hustotu proudového toku

Hustota proudového toku v kovu se počítá pomocí J = I/A, kde I je proud a A je plocha průřezu.

Tok proudu v polovodiči

V polovodičích je hustota proudového toku způsobena jak elektrony, tak díry, které se pohybují opačnými směry, ale přispívají ke stejnému směru proudu.

Hustota proudového toku v kovu

Představte si vodič s průřezem 2,5 mm². Pokud elektrický potenciál způsobí proud 3 A, pak je hustota proudového toku 1,2 A/mm² (3/2,5). Toto předpokládá, že proud je rovnoměrně rozložen. Hustota proudového toku je tedy definována jako elektrický proud na jednotku průřezu vodiče.

Hustota proudového toku, označovaná J, je dána J = I/A, kde 'I' je proud a 'A' je plocha průřezu. Pokud N elektronů projde průřezem za čas T, pak je přenesený náboj Ne, kde e je náboj elektronu v coulombech.

Nyní množství náboje, které prochází průřezem za jednotku času, je

Pokud N elektronů leží v délce L vodiče, pak je koncentrace elektronů

Nyní, z rovnice (1) můžeme napsat,

Protože N elektronů leží v délce L a všechny projdou průřezem za čas T, pak bude driftová rychlost elektronů

Rovnice (2) lze také přepsat jako

Pokud je na vodič aplikován elektrický pole E, pak driftová rychlost elektronů zvýší proporcionálně,

Kde μ je definován jako mobilita elektronů

Hustota proudového toku v polovodiči

Celková hustota proudového toku v polovodiči je součtem hustot proudového toku způsobených elektrony a díry, každá s různou mobilitou.

Vztah k vodivosti

Hustota proudového toku (J) je spojena s vodivostí (σ) prostřednictvím vzorce J = σE, kde E je intenzita elektrického pole.