Kepadatan Arus dalam Logam dan Semikonduktor
Definisi Kepadatan Arus
Kepadatan arus didefinisikan sebagai arus listrik per satuan luas penampang konduktor, dinotasikan dengan J.
Rumus Kepadatan Arus
Kepadatan arus dalam logam dihitung menggunakan J = I/A, di mana I adalah arus dan A adalah luas penampang.
Aliran Arus pada Semikonduktor
Pada semikonduktor, kepadatan arus disebabkan oleh elektron dan lubang, yang bergerak dalam arah yang berlawanan tetapi berkontribusi pada arah arus yang sama.
Kepadatan Arus pada Logam
Bayangkan sebuah konduktor dengan penampang 2,5 mm². Jika potensial listrik menyebabkan arus sebesar 3 A, maka kepadatan arusnya adalah 1,2 A/mm² (3/2,5). Ini mengasumsikan bahwa arus tersebar merata. Dengan demikian, kepadatan arus didefinisikan sebagai arus listrik per satuan luas penampang konduktor.
Kepadatan arus, dinotasikan dengan J, diberikan oleh J = I/A, di mana 'I' adalah arus dan 'A' adalah luas penampang. Jika N elektron melewati penampang dalam waktu T, maka muatan yang dipindahkan adalah Ne, di mana e adalah muatan satu elektron dalam coulomb.
Sekarang jumlah muatan yang melewati penampang per satuan waktu adalah
Jika N jumlah elektron terletak pada panjang L dari konduktor, maka konsentrasi elektron adalah
Sekarang, dari persamaan (1) kita dapat menulis,
Karena N jumlah elektron terletak pada panjang L dan mereka semua melewati penampang dalam waktu T, kecepatan derift elektron akan menjadi,
Oleh karena itu, persamaan (2) juga dapat ditulis ulang sebagai
Sekarang jika medan listrik yang diterapkan pada konduktor adalah E, maka kecepatan derift elektron meningkat secara proporsional,
Di mana, μ didefinisikan sebagai mobilitas elektron
Kepadatan Arus pada Semikonduktor
Total kepadatan arus pada semikonduktor adalah jumlah kepadatan arus yang disebabkan oleh elektron dan lubang, masing-masing memiliki mobilitas yang berbeda.
Hubungan dengan Konduktivitas
Kepadatan arus (J) berhubungan dengan konduktivitas (σ) melalui rumus J = σE, di mana E adalah intensitas medan listrik.
