धातु और अर्धचालक में विद्युत धारा घनत्व

वर्तमान घनत्व की परिभाषा

वर्तमान घनत्व को एक चालक के अनुप्रस्थ काट के प्रति इकाई क्षेत्रफल पर विद्युत धारा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे J से निरूपित किया जाता है।

वर्तमान घनत्व का सूत्र

धातु में वर्तमान घनत्व की गणना J = I/A का उपयोग करके की जाती है, जहाँ I धारा है और A अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है।

अर्धचालक में वर्तमान प्रवाह

अर्धचालकों में, वर्तमान घनत्व इलेक्ट्रॉनों और होल्स दोनों के कारण होता है, जो विपरीत दिशाओं में चलते हैं लेकिन धारा की एक ही दिशा में योगदान देते हैं।

धातु में वर्तमान घनत्व

एक चालक को ध्यान में लें जिसकी अनुप्रस्थ काट 2.5 वर्ग मिमी है। यदि इलेक्ट्रिक विभव 3 A की धारा का कारण बनता है, तो वर्तमान घनत्व 1.2 A/मिमी² (3/2.5) होगा। यह मानता है कि धारा समान रूप से वितरित है। इस प्रकार, वर्तमान घनत्व को चालक के अनुप्रस्थ काट के प्रति इकाई क्षेत्रफल पर विद्युत धारा के रूप में परिभाषित किया जाता है।

वर्तमान घनत्व, J से निरूपित, J = I/A द्वारा दिया जाता है, जहाँ 'I' धारा है और 'A' अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है। यदि N इलेक्ट्रॉन T समय में अनुप्रस्थ काट से गुजरते हैं, तो स्थानांतरित आवेश Ne होता है, जहाँ e इलेक्ट्रॉन का आवेश कुलॉम में है।

अब इकाई समय में अनुप्रस्थ काट से गुजरने वाला आवेश की मात्रा है

फिर यदि L लंबाई के चालक में N संख्या के इलेक्ट्रॉन हैं, तो इलेक्ट्रॉन सांद्रता है

अब, समीकरण (1) से हम लिख सकते हैं,

क्योंकि, L लंबाई में N संख्या के इलेक्ट्रॉन हैं और वे सभी T समय में अनुप्रस्थ काट से गुजरते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों का फ्लोटिंग वेग होगा,

इसलिए, समीकरण (2) को इस प्रकार लिखा जा सकता है

अब यदि चालक पर लगाया गया विद्युत क्षेत्र E है, तो इलेक्ट्रॉनों का फ्लोटिंग वेग समानुपातिक रूप से बढ़ता है,

जहाँ, μ इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता के रूप में परिभाषित है

अर्धचालक में वर्तमान घनत्व

अर्धचालक में कुल वर्तमान घनत्व इलेक्ट्रॉनों और होल्स के कारण होने वाले वर्तमान घनत्वों का योग है, जिनमें प्रत्येक की अलग-अलग गतिशीलता होती है।

चालकता से संबंध

वर्तमान घनत्व (J) चालकता (σ) से संबंधित है, जिसे J = σE द्वारा निरूपित किया जाता है, जहाँ E विद्युत क्षेत्र की तीव्रता है।