Metallin ja puolijohtimen sähkövirran tiheys

Virta tiheyden määritelmä

Virta tiheys on sähkövirta johtimen poikkileikkausalan yksikköpinta-alalla, jota merkitään kirjaimella J.

Virta tiheyden kaava

Metallin virta tiheys lasketaan käyttämällä kaavaa J = I/A, missä I on virta ja A on poikkileikkausala.

Puolijuoviteen virran suunta

Puolijuoviteissa virta tiheys johtuu sekä elektronien että aukkojen liikkeestä, jotka liikkuvat vastakkaisiin suuntiin mutta vaikuttavat samaan virtasuuntaan.

Virta tiheys metallissa

Kuvittele johtin, jonka poikkileikkausala on 2,5 neliömillimetriä. Jos sähköinen potentiaali aiheuttaa 3 A:n sähkövirran, virta tiheys on 1,2 A/mm² (3/2,5). Tämä olettaa, että virta on tasaisesti jakautunut. Näin ollen virta tiheys määritellään sähkövirrana yksikköpoikkileikkausalalla.

Virta tiheys, jota merkitään J:llä, on annettu kaavalla J = I/A, missä 'I' on virta ja 'A' on poikkileikkausala. Jos N elektronia kulkee poikkileikkausalueen läpi ajan T kuluessa, siirretty lataus on Ne, jossa e on elektronin lataus kulumoissa.

Nyt lataus, joka kulkee poikkileikkausalueen läpi yksikköajassa, on

Jos N numeroa elektroneja on johtimen L pituudessa, sitten elektronipitoisuus on

Nyt, yhtälöstä (1) voimme kirjoittaa,

Koska N numeroa elektroneja on pituudessa L ja ne kaikki kulkevat poikkileikkausalueen läpi ajan T kuluessa, elektronien puristuvauhti on

Näin ollen yhtälö (2) voidaan uudelleen kirjoittaa muotoon

Nyt, jos johtimeen sovelletaan sähkökenttää E, elektronien puristuvauhti kasvaa suhteessa,

Missä, μ on määritelty elektronien liikkuvuudeksi

Virta tiheys puolijuoviteessa

Puolijuovitteen kokonaisvirta tiheys on elektronien ja aukkojen virta tiheyksien summa, joilla on erilaiset liikkuvuudet.

Yhteys johtavuuteen

Virta tiheys (J) on yhteydessä johtavuuteen (σ) kaavalla J = σE, missä E on sähkökentän intensiteetti.