Ροδότητα Ρεύματος σε Μέταλλα και Ημιαγωγούς

Ορισμός Πυκνότητας Ρεύματος

Η πυκνότητα ρεύματος ορίζεται ως το ηλεκτρικό ρεύμα ανά μονάδα επιφάνειας διατομής ενός διαχωρητή και συμβολίζεται με J.

Τύπος για την Πυκνότητα Ρεύματος

Η πυκνότητα ρεύματος σε μέταλλο υπολογίζεται με τη χρήση του J = I/A, όπου I είναι το ρεύμα και A είναι η επιφάνεια διατομής.

Ροή Ρεύματος σε Ημιαγωγό

Στους ημιαγωγούς, η πυκνότητα ρεύματος είναι λόγω τόσο των ηλεκτρονίων όσο και των τρύπων, οι οποίες κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις αλλά συμβάλλουν στην ίδια κατεύθυνση του ρεύματος.

Πυκνότητα Ρεύματος σε Μέταλλο

Φανταστείτε έναν διαχωρητή με διατομή 2,5 τετραγωνικά mm. Αν ένα ηλεκτρικό δυναμικό προκαλεί ρεύμα 3 A, η πυκνότητα ρεύματος είναι 1,2 A/mm² (3/2,5). Αυτό υποθέτει ότι το ρεύμα είναι ομοιόμορφα κατανεμημένο. Έτσι, η πυκνότητα ρεύματος ορίζεται ως το ηλεκτρικό ρεύμα ανά μονάδα επιφάνειας διατομής του διαχωρητή.

Η πυκνότητα ρεύματος, συμβολίζεται με J, δίνεται από το J = I/A, όπου ‘I’ είναι το ρεύμα και ‘A’ είναι η επιφάνεια διατομής. Αν N ηλεκτρόνια περνούν από μια διατομή σε χρόνο T, τότε η μεταφερόμενη φορτία είναι Ne, όπου e είναι το φορτίο ενός ηλεκτρονίου σε κουλόμβια.

Τώρα, η ποσότητα φορτίου που περνά από τη διατομή ανά μονάδα χρόνου είναι

Εάν N αριθμός ηλεκτρονίων βρίσκεται στο μήκος L του διαχωρητή, τότε η συγκέντρωση ηλεκτρονίων είναι

Τώρα, από την εξίσωση (1) μπορούμε να γράψουμε,

Επειδή, N αριθμός ηλεκτρονίων βρίσκεται στο μήκος L και όλα περνούν από τη διατομή σε χρόνο T, η ταχύτητα σύρριψης των ηλεκτρονίων θα είναι,

Άρα, η εξίσωση (2) μπορεί επίσης να γραφτεί ως

Τώρα, αν εφαρμοστεί ηλεκτρικό πεδίο E στον διαχωρητή, τότε η ταχύτητα σύρριψης των ηλεκτρονίων αυξάνεται ανάλογα,

Όπου, μ είναι ορισμένο ως η μετακινησιμότητα των ηλεκτρονίων

Πυκνότητα Ρεύματος σε Ημιαγωγό

Η συνολική πυκνότητα ρεύματος σε ημιαγωγό είναι η άθροιση των πυκνοτήτων ρεύματος λόγω των ηλεκτρονίων και των τρύπων, καθένα με διαφορετικές μετακινησιμότητες.

Σχέση με τη Διαχωρητικότητα

Η πυκνότητα ρεύματος (J) σχετίζεται με τη διαχωρητικότητα (σ) μέσω του τύπου J = σE, όπου E είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου.