Densidade de Corrente em Metais e Semicondutores

Definição de Densidade de Corrente

A densidade de corrente é definida como a corrente elétrica por unidade de área da seção transversal de um condutor, denotada por J.

Fórmula para Densidade de Corrente

A densidade de corrente em um metal é calculada usando J = I/A, onde I é a corrente e A é a área da seção transversal.

Fluxo de Corrente em Semicondutores

Em semicondutores, a densidade de corrente é devida tanto aos elétrons quanto aos buracos, que se movem em direções opostas, mas contribuem para a mesma direção da corrente.

Densidade de Corrente em Metais

Imagine um condutor com uma seção transversal de 2,5 mm². Se um potencial elétrico causa uma corrente de 3 A, a densidade de corrente é 1,2 A/mm² (3/2,5). Isso assume que a corrente está distribuída uniformemente. Portanto, a densidade de corrente é definida como a corrente elétrica por unidade de área da seção transversal do condutor.

A densidade de corrente, denotada por J, é dada por J = I/A, onde 'I' é a corrente e 'A' é a área da seção transversal. Se N elétrons passam por uma seção transversal no tempo T, então a carga transferida é Ne, onde e é a carga de um elétron em coulombs.

Agora, a quantidade de carga passando pela seção transversal por unidade de tempo é

Novamente, se N número de elétrons estiver na comprimento L do condutor, então a concentração de elétrons será

Agora, a partir da equação (1), podemos escrever,

Como N número de elétrons está no comprimento L e todos passam pela seção transversal no tempo T, a velocidade de deriva dos elétrons será,

Portanto, a equação (2) também pode ser reescrita como

Agora, se o campo elétrico aplicado ao condutor for E, então a velocidade de deriva dos elétrons aumentará proporcionalmente,

Onde, μ é definido como a mobilidade dos elétrons

Densidade de Corrente em Semicondutores

A densidade de corrente total em um semicondutor é a soma das densidades de corrente devido aos elétrons e aos buracos, cada um com mobilidades diferentes.

Relação com a Condutividade

A densidade de corrente (J) está relacionada à condutividade (σ) através da fórmula J = σE, onde E é a intensidade do campo elétrico.