Ketumpatan Arus dalam Logam dan Semikonduktor
Definisi Ketumpatan Arus
Ketumpatan arus didefinisikan sebagai arus elektrik per unit luas penampang penghantar, dilambangkan dengan J.
Rumus untuk Ketumpatan Arus
Ketumpatan arus dalam logam dihitung menggunakan J = I/A, di mana I adalah arus dan A adalah luas penampang.
Aliran Arus dalam Semikonduktor
Dalam semikonduktor, ketumpatan arus disebabkan oleh elektron dan lubang, yang bergerak ke arah yang berlawanan tetapi menyumbang ke arah yang sama dari arus.
Ketumpatan Arus dalam Logam
Bayangkan sebuah penghantar dengan penampang 2.5 mm persegi. Jika potensial elektrik menyebabkan arus 3 A, maka ketumpatan arusnya adalah 1.2 A/mm² (3/2.5). Ini mengasumsikan bahwa arus tersebar secara merata. Dengan demikian, ketumpatan arus didefinisikan sebagai arus elektrik per unit luas penampang penghantar.
Ketumpatan arus, dilambangkan 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 unit waktu adalah
Jika N jumlah elektron terletak dalam panjang L dari penghantar, maka konsentrasi elektron adalah
Sekarang, dari persamaan (1) kita dapat menulis,
Karena, N jumlah elektron terletak dalam panjang L dan semuanya melewati penampang dalam waktu T, maka kelajuan derift elektron akan menjadi,
Oleh itu, persamaan (2) juga dapat ditulis ulang sebagai
Sekarang jika medan elektrik diterapkan pada penghantar adalah E, maka kelajuan derift elektron meningkat secara proporsional,
Di mana, μ didefinisikan sebagai mobiliti elektron
Ketumpatan Arus dalam Semikonduktor
Ketumpatan arus total dalam semikonduktor adalah jumlah ketumpatan arus karena elektron dan lubang, masing-masing memiliki mobiliti yang berbeda.
Hubungan dengan Konduktivitas
Ketumpatan arus (J) berhubungan dengan konduktivitas (σ) melalui rumus J = σE, di mana E adalah intensitas medan elektrik.
