چگالی جریان در فلز و نیمه‌رسانا

تعریف چگالی جریان

چگالی جریان به عنوان جریان الکتریکی در واحد مساحت سطح مقطع هادی تعریف می‌شود و با J نمایش داده می‌شود.

فرمول چگالی جریان

چگالی جریان در فلز با استفاده از J = I/A محاسبه می‌شود، که در آن I جریان و A مساحت سطح مقطع است.

جریان در نیمه‌رسانا

در نیمه‌رساناهای، چگالی جریان به دلیل الکترون‌ها و سوراخ‌ها که در جهات مخالف حرکت می‌کنند اما به یک جهت جریان می‌افزایند، است.

چگالی جریان در فلز

تصور کنید یک هادی با مساحت سطح مقطع ۲.۵ میلی‌متر مربع وجود دارد. اگر پتانسیل الکتریکی منجر به جریان ۳ آمپر شود، چگالی جریان ۱.۲ آمپر بر میلی‌متر مربع (۳/۲.۵) خواهد بود. این فرض را می‌کنیم که جریان به طور یکنواخت توزیع شده است. بنابراین، چگالی جریان به عنوان جریان الکتریکی در واحد مساحت سطح مقطع هادی تعریف می‌شود.

چگالی جریان که با J نمایش داده می‌شود، با استفاده از J = I/A محاسبه می‌شود، که در آن 'I' جریان و 'A' مساحت سطح مقطع است. اگر N الکترون از طریق یک مقطع در زمان T عبور کنند، آنگاه مقدار بار منتقل شده Ne خواهد بود، که e بار الکترون در کولوم است.

حال مقدار بار عبوری از مقطع در واحد زمان

دوباره اگر N عدد الکترون در طول L هادی قرار داشته باشد، آنگاه غلظت الکترون‌ها

حال، از معادله (۱) می‌توان نوشت،

از آنجا که N عدد الکترون در طول L قرار دارند و همه آنها در زمان T از مقطع عبور می‌کنند، سرعت گذر الکترون‌ها خواهد بود،

بنابراین، معادله (۲) می‌تواند به صورت زیر بازنویسی شود

اکنون اگر میدان الکتریکی به هادی اعمال شود E، آنگاه سرعت گذر الکترون‌ها به طور متناسب افزایش می‌یابد،

که در آن μ به عنوان متحرکی الکترون‌ها تعریف می‌شود

چگالی جریان در نیمه‌رسانا

چگالی جریان کل در نیمه‌رسانا مجموع چگالی جریان‌های ناشی از الکترون‌ها و سوراخ‌ها است، که هر کدام متحرکی‌های مختلفی دارند.

رابطه با رسانایی

چگالی جریان (J) با رسانایی (σ) از طریق فرمول J = σE مرتبط است، که در آن E شدت میدان الکتریکی است.