Densidad de Corriente en Metal y Semiconductores
Definición de Densidad de Corriente
La densidad de corriente se define como la corriente eléctrica por unidad de área de la sección transversal de un conductor, denotada por J.
Fórmula para la Densidad de Corriente
La densidad de corriente en un metal se calcula utilizando J = I/A, donde I es la corriente y A es el área de la sección transversal.
Flujo de Corriente en Semiconductores
En semiconductores, la densidad de corriente se debe tanto a los electrones como a los huecos, que se mueven en direcciones opuestas pero contribuyen en la misma dirección de la corriente.
Densidad de Corriente en Metales
Imagina un conductor con una sección transversal de 2,5 mm². Si un potencial eléctrico causa una corriente de 3 A, la densidad de corriente es 1,2 A/mm² (3/2,5). Esto supone que la corriente está distribuida uniformemente. Por lo tanto, la densidad de corriente se define como la corriente eléctrica por unidad de área de la sección transversal del conductor.
La densidad de corriente, denotada por J, se da por J = I/A, donde 'I' es la corriente y 'A' es el área de la sección transversal. Si N electrones pasan a través de una sección transversal en el tiempo T, entonces la carga transferida es Ne, donde e es la carga de un electrón en coulombs.
Ahora, la cantidad de carga que pasa por la sección transversal por unidad de tiempo es
Si N número de electrones se encuentran en la longitud L del conductor, entonces la concentración de electrones es
Ahora, a partir de la ecuación (1) podemos escribir,
Dado que N número de electrones se encuentran en la longitud L y todos pasan por la sección transversal en el tiempo T, la velocidad de deriva de los electrones será,
Por lo tanto, la ecuación (2) también se puede reescribir como
Ahora, si se aplica un campo eléctrico al conductor E, entonces la velocidad de deriva de los electrones aumenta proporcionalmente,
Donde, μ se define como la movilidad de los electrones
Densidad de Corriente en Semiconductores
La densidad de corriente total en un semiconductor es la suma de las densidades de corriente debidas a los electrones y a los huecos, cada uno con diferentes movilidades.
Relación con la Conductividad
La densidad de corriente (J) está relacionada con la conductividad (σ) a través de la fórmula J = σE, donde E es la intensidad del campo eléctrico.
