Gostota Toka v Kovinah in Polprevodnikih

Definicija gostote toka

Gostota toka je definirana kot električni tok na enoto površine prereza vodilca in se označuje z J.

Formula za gostoto toka

Gostota toka v kovinah se izračuna s formulo J = I/A, kjer je I tok in A prerezna površina.

Tok v polprevodnikih

V polprevodnikih gostota toka pripada tako elektronom kot tudi luknjicam, ki se gibljejo v nasprotnih smerih, a prispevata k isti smeri toka.

Gostota toka v kovinah

Predstavljajmo si vodilo z prerezno površino 2,5 kvadratnih mm. Če električni potencial povzroči tok 3 A, je gostota toka 1,2 A/mm² (3/2,5). To predpostavlja, da je tok ravnomerno razporejen. Tako je gostota toka definirana kot električni tok na enoto prerezne površine vodilca.

Gostota toka, označena z J, je dana z J = I/A, kjer je 'I' tok in 'A' prerezna površina. Če N elektronov preide skozi prerez v času T, je prenesena naboj Ne, kjer je e naboj elektrona v kulonih.

Zdaj je količina naboja, ki prehaja skozi prerez na enoto časa,

Če N število elektronov leži v dolžini L vodilca, potem je koncentracija elektronov

Zdaj lahko iz enačbe (1) zapišemo,

Ker N število elektronov leži v dolžini L in vsi prehajajo skozi prerez v času T, bo driftska hitrost elektronov,

Torej, enačbo (2) lahko zapišemo tudi kot

Če je na vodilcu uporabljen električni polje E, se driftska hitrost elektronov sorazmerno poveča,

Kjer je μ definiran kot mobilnost elektronov

Gostota toka v polprevodnikih

Skupna gostota toka v polprevodniku je vsota gostot tokov zaradi elektronov in luknjic, ki imata različne mobilnosti.

Povezava z prevodnostjo

Gostota toka (J) je povezana z prevodnostjo (σ) preko formule J = σE, kjer je E intenzivnost električnega polja.