Gustočina struje u metale i poluprovodnike

Definicija gustoće struje

Gustoća struje definirana je kao električna struja po jedinici površine presjeka vodilja, označena s J.

Formula za gustoću struje

Gustoća struje u metalu izračunava se koristeći J = I/A, gdje je I struja, a A površina presjeka.

Tok struje u poluprovodniku

U poluprovodnicima, gustoća struje zauzvratna je i elektrona i rupe, koje se kreću u suprotnim smjerovima, ali doprinose istom smjeru struje.

Gustoća struje u metalu

Zamislite vodilj s presjekom od 2,5 kvadratnih milimetara. Ako električni potencijal uzrokuje struju od 3 A, gustoća struje iznosi 1,2 A/mm² (3/2,5). To pretpostavlja da je struja ravnomjerno distribuirana. Stoga, gustoća struje definirana je kao električna struja po jedinici površine presjeka vodilja.

Gustoća struje, označena s J, dana je formulom J = I/A, gdje je 'I' struja, a 'A' površina presjeka. Ako N elektrona prođe kroz presjek u vremenu T, tada je prijenos naboja Ne, gdje je e naboj elektrona u kulonima.

Sada količina naboja koja prođe kroz presjek po jedinici vremena jest

Ponovno, ako N broj elektrona nalazi se u duljini L vodilja, tada je koncentracija elektrona

Sada, iz jednadžbe (1) možemo napisati,

Budući da N broj elektrona nalazi se u duljini L i svi prolaze kroz presjek u vremenu T, drift brzina elektrona bit će,

Stoga, jednadžba (2) također se može prepisati kao

Sada, ako je primijenjeno električno polje na vodilj E, tada se drift brzina elektrona povećava proporcionalno,

Gdje je μ definiran kao mobilnost elektrona

Gustoća struje u poluprovodniku

Ukupna gustoća struje u poluprovodniku jest zbroj gustoća struje zauzvratne elektrona i rupe, svaka s različitim mobilnostima.

Veza s provodnošću

Gustoća struje (J) vezana je s provodnošću (σ) kroz formulu J = σE, gdje je E intenzitet električnog polja.