Densité de courant dans les métaux et les semi-conducteurs
Définition de la densité de courant
La densité de courant est définie comme le courant électrique par unité de surface de section transversale d'un conducteur, notée J.
Formule pour la densité de courant
La densité de courant dans un métal est calculée en utilisant J = I/A, où I est le courant et A est la surface de section transversale.
Écoulement de courant dans les semi-conducteurs
Dans les semi-conducteurs, la densité de courant est due à la fois aux électrons et aux trous, qui se déplacent dans des directions opposées mais contribuent au même sens du courant.
Densité de courant dans le métal
Imaginez un conducteur avec une section transversale de 2,5 mm². Si un potentiel électrique provoque un courant de 3 A, la densité de courant est de 1,2 A/mm² (3/2,5). Cela suppose que le courant est uniformément réparti. Ainsi, la densité de courant est définie comme le courant électrique par unité de surface de section transversale du conducteur.
La densité de courant, notée J, est donnée par J = I/A, où 'I' est le courant et 'A' est la surface de section transversale. Si N électrons passent par une section transversale en un temps T, alors la charge transférée est Ne, où e est la charge d'un électron en coulombs.
Maintenant, la quantité de charge passant par la section transversale par unité de temps est
De nouveau, si N nombres d'électrons se trouvent sur la longueur L du conducteur, alors la concentration d'électrons est
Maintenant, à partir de l'équation (1), nous pouvons écrire,
Puisque N nombres d'électrons se trouvent sur la longueur L et qu'ils passent tous par la section transversale en un temps T, la vitesse de dérive des électrons sera,
Ainsi, l'équation (2) peut également être réécrite comme
Maintenant, si un champ électrique est appliqué au conducteur, E, alors la vitesse de dérive des électrons augmente proportionnellement,
Où, μ est défini comme la mobilité des électrons
Densité de courant dans les semi-conducteurs
La densité de courant totale dans un semi-conducteur est la somme des densités de courant dues aux électrons et aux trous, chacun ayant des mobilités différentes.
Relation avec la conductivité
La densité de courant (J) est liée à la conductivité (σ) par la formule J = σE, où E est l'intensité du champ électrique.
