Strömtäthet i metall och halvledare

Definition av strömtäthet

Strömtäthet definieras som det elektriska strömmen per enhetsarea av en ledares tvärsnitt, betecknat med J.

Formel för strömtäthet

Strömtätheten i en metall beräknas med J = I/A, där I är strömmen och A är tvärsnittsarean.

Strömförflyttning i halvledare

I halvledare beror strömtätheten på både elektroner och hål, som rör sig i motsatt riktning men bidrar till samma riktning av ström.

Strömtäthet i metall

Föreställ dig en ledare med ett tvärsnitt på 2,5 kvadratmillimeter. Om ett elektriskt potentialfall orsakar en ström på 3 A, är strömtätheten 1,2 A/mm² (3/2,5). Detta antar att strömmen är jämnt fördelad. Således definieras strömtäthet som den elektriska strömmen per enhets-tvärsnittsarea av ledaren.

Strömtäthet, betecknad med J, ges av J = I/A, där 'I' är strömmen och 'A' är tvärsnittsarean. Om N elektroner passerar ett tvärsnitt under tiden T, då är den överförda laddningen Ne, där e är elektronens laddning i coulomb.

Nu är mängden laddning som passerar tvärsnittet per enhet tid

Om N antal elektroner ligger i längden L av ledaren, då är elektronkonsentrationen

Nu kan vi från ekvation (1) skriva,

Eftersom N antal elektroner ligger i längden L och de alla passerar tvärsnittet under tiden T, kommer drifthusstheten för elektronerna att vara,

Därför kan ekvation (2) också skrivas om som

Nu, om det applicerade elektriska fältet till ledaren är E, ökar drifthusstheten för elektronerna proportionellt,

Där μ definieras som elektronernas rörlighet

Strömtäthet i halvledare

Den totala strömtätheten i en halvledare är summan av strömtätheterna på grund av elektroner och hål, var och en med olika rörligheter.

Förhållande till ledningsförmåga

Strömtäthet (J) är relaterad till ledningsförmåga (σ) genom formeln J = σE, där E är elektriska fältintensiteten.