צפיפות הזרם בממתכת ומחומר חצי-מductor

הגדרת צפיפות הזרם

צפיפות הזרם מוגדרת כזרם חשמלי ליחידת שטח של חתך המוליך, מסומנת ב-J.

נוסחה לצפיפות הזרם

צפיפות הזרם בממתכת מחושבת באמצעות J = I/A, כאשר I הוא הזרם ו-A הוא שטח החתך.

זרימת זרם בסמיiconductor

בסמיiconductor, צפיפות הזרם היא בשל אלקטרונים ונקברים, שנעים בכיוונים מנוגדים אך תורמים לאותו כיוון של הזרם.

צפיפות הזרם בממתכת

דמיינו מוליך עם חתך של 2.5 מ"מ מרובע. אם פוטנציאל חשמלי גורם לזרם של 3 A, צפיפות הזרם היא 1.2 A/מ"מ מרובע (3/2.5). זה מניח שהזרם מתפלג באופן אחיד. לכן, צפיפות הזרם מוגדרת כזרם חשמלי ליחידת שטח חתך המוליך.

צפיפות הזרם, המסומנת ב-J, ניתנת על ידי J = I/A, כאשר 'I' הוא הזרם ו-'A' הוא שטח החתך. אם N אלקטרונים עוברים דרך חתך בזמן T, אז ההשראה המועברת היא Ne, כאשר e הוא השיא של אלקטרון בקולומב.

כעת כמות ההשראה העוברת דרך החתך ליחידת זמן היא

שוב, אם מספר N של אלקטרונים נמצא לאורך L של המוליך, אז הריכוז של האלקטרונים הוא

עכשיו, מהמשוואה (1) ניתן לכתוב,

מאחר וממצאים N של אלקטרונים נמצאים לאורך L והם כלmaal עוברים דרך החתך בזמן T, מהירות הנדידה של האלקטרונים תהיה,

לכן, המשוואה (2) יכולה גם להיכתב מחדש כ

עכשיו אם השדה החשמלי המופעל על המוליך הוא E, אז מהירות הנדידה של האלקטרונים עולה באופן פרופורציונלי,

כאשר, μ מוגדר כניידות של האלקטרונים

צפיפות הזרם בסמיiconductor

צפיפות הזרם הכוללת בסמיiconductor היא סכום צפיפויות הזרם בשל אלקטרונים ונקברים, כל אחד מהם בעל ניידות שונה.

קשר להתנגדות

צפיפות הזרם (J) קשורה להתנגדות (σ) באמצעות הנוסחה J = σE, כאשר E הוא עוצמת השדה החשמלי.