Strømtetthet i metall og halvleder

Definisjon av Strømtetthet

Strømtetthet defineres som elektrisk strøm per enhet areal av en leders tverrsnitt, betegnet med J.

Formel for Strømtetthet

Strømtettheten i en metall beregnes ved hjelp av J = I/A, der I er strømmen og A er tverrsnittsarealet.

Strømflyt i Halvledere

I halvledere er strømtettheten på grunn av både elektroner og hull, som beveger seg i motsatt retning, men bidrar til samme strømsretning.

Strømtetthet i Metall

Tenk deg en leder med et tverrsnitt på 2,5 kvadratmillimeter. Hvis et elektrisk potensial fører til en strøm på 3 A, er strømtettheten 1,2 A/mm² (3/2,5). Dette antar at strømmen er jevnt fordelt. Dermed defineres strømtetthet som elektrisk strøm per enhet tverrsnittsareal av lederen.

Strømtetthet, betegnet med J, gis ved J = I/A, der 'I' er strømmen og 'A' er tverrsnittsarealet. Hvis N elektroner passerer gjennom et tverrsnitt i tiden T, så er den overførte ladningen Ne, der e er ladningen til et elektron i coulomb.

Nå er mengden ladning som passerer tverrsnittet per enhet tid

Igjen, hvis N antall elektroner ligger i L lengde av lederen, så er elektronkonsentrasjonen

Nå, fra ligning (1) kan vi skrive,

Siden N antall elektroner ligger i lengden L og de alle passerer tverrsnittet i tiden T, vil driftshastigheten til elektronene være,

Derfor kan ligning (2) også omskrives som

Nå, hvis det anvendte elektriske feltet til lederen er E, så øker driftshastigheten til elektronene proporsjonalt,

Hvor μ defineres som mobiliteten til elektronene

Strømtetthet i Halvledere

Den totale strømtettheten i en halvleder er summen av strømtetthetene på grunn av elektroner og hull, hver med forskjellige mobiliteter.

Relasjon til Ledningskapasitet

Strømtetthet (J) er relatert til ledningskapasitet (σ) gjennom formelen J = σE, der E er elektriske feltintensiteten.