Gustina struje u metalu i poluprovodniku

Definicija gustoće struje

Gustoća struje definisana je kao električna struja po jedinici površine preseka vodilja, označena sa J.

Formula za gustoću struje

Gustoća struje u metale se izračunava koristeći J = I/A, gde je I struja, a A presečna površina.

Struja u poluprovodnicima

U poluprovodnicima, gustoća struje je posledica i elektrona i lupeva, koji se kreću u suprotnim smerovima, ali doprinose istom smeru struje.

Gustoća struje u metalu

Zamislite vodilj sa presekom od 2,5 kvadratnih milimetara. Ako električni potencijal uzrokuje struju od 3 A, gustoća struje iznosi 1,2 A/mm² (3/2,5). Ovo pretpostavlja da je struja ravnomerno raspoređena. Dakle, gustoća struje definisana je kao električna struja po jedinici presečne površine vodilja.

Gustoća struje, označena sa J, data je formulom J = I/A, gde je 'I' struja, a 'A' presečna površina. Ako N elektrona prođe kroz presek za vreme T, onda prebačeni naboj je Ne, gde je e naboj elektrona u kulonima.

Sada količina naboja koja prođe kroz presek po jedinici vremena je

Ponovo, ako N broj elektrona leži na dužini L vodilja, tada koncentracija elektrona je

Sada, iz jednačine (1) možemo napisati,

Pošto N broj elektrona leži na dužini L i svi prođu kroz presek za vreme T, brzina drifta elektrona će biti,

Stoga, jednačina (2) može biti ponovo napisana kao

Sada, ako je primenjeno električno polje na vodilju E, tada brzina drifta elektrona raste proporcionalno,

Gde, μ je definisano kao mobilnost elektrona

Gustoća struje u poluprovodnicima

Ukupna gustoća struje u poluprovodnicima je zbir gustoća struja koje su posledica elektrona i lupeva, svaki sa različitim mobilnostima.

Veza sa provodljivošću

Gustoća struje (J) povezana je sa provodljivošću (σ) kroz formulu J = σE, gde je E intenzitet električnog polja.