Щільність струму в металі та напівпровіднику

Визначення густини струму

Густина струму визначається як електричний струм на одиницю площі поперечного перерізу провідника, позначається J.

Формула для густини струму

Густина струму у металі обчислюється за формулою J = I/A, де I — струм, а A — площа поперечного перерізу.

Потік струму в напівпровіднику

У напівпровідниках густина струму походить як від електронів, так і від дірок, які рухаються в протилежних напрямках, але сприяють одному напрямку струму.

Густина струму в металі

Уявімо провідник з поперечним перерізом 2,5 кв. мм. Якщо електричний потенціал спричиняє струм 3 А, то густина струму становить 1,2 А/мм² (3/2,5). Це припускає, що струм розподілений рівномірно. Тому густина струму визначається як електричний струм на одиницю площі поперечного перерізу провідника.

Густина струму, позначається J, визначається за формулою J = I/A, де 'I' — це струм, а 'A' — площа поперечного перерізу. Якщо N електронів проходять через поперечний переріз за час T, то переданий заряд становить Ne, де e — заряд електрона в кулонах.

Тепер кількість заряду, що проходить через поперечний переріз за одиницю часу, становить

Знову ж, якщо N число електронів знаходиться на довжині L провідника, то концентрація електронів становить

Тепер, згідно з рівнянням (1) можна записати,

Оскільки, N число електронів знаходиться на довжині L і всі вони проходять через поперечний переріз за час T, дрейфова швидкість електронів становитиме,

Отже, рівняння (2) можна також переписати як

Тепер, якщо до провідника застосовується електричне поле E, то дрейфова швидкість електронів збільшується пропорційно,

Де, μ визначається як подвижність електронів

Густина струму в напівпровіднику

Загальна густина струму в напівпровіднику є сумою густин струму, що походять від електронів і дірок, кожен з яких має різну подвижність.

Зв'язок з провідністю

Густина струму (J) пов'язана з провідністю (σ) за формулою J = σE, де E — інтенсивність електричного поля.