Mật độ Dòng điện trong Kim Loại và Bán dẫn

Định nghĩa về Mật độ Dòng điện

Mật độ dòng điện được định nghĩa là dòng điện trên đơn vị diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn, ký hiệu là J.

Công thức cho Mật độ Dòng điện

Mật độ dòng điện trong kim loại được tính bằng công thức J = I/A, trong đó I là dòng điện và A là diện tích mặt cắt ngang.

Dòng Điện Trong Bán Dẫn

Trong bán dẫn, mật độ dòng điện do cả electron và lỗ trống tạo ra, chúng di chuyển theo hướng ngược nhau nhưng đóng góp vào cùng một hướng dòng điện.

Mật độ Dòng điện Trong Kim Loại

Hãy tưởng tượng một dây dẫn có mặt cắt ngang là 2,5 mm². Nếu một điện thế gây ra dòng điện 3 A, thì mật độ dòng điện sẽ là 1,2 A/mm² (3/2,5). Điều này giả định rằng dòng điện được phân bố đều. Do đó, mật độ dòng điện được định nghĩa là dòng điện trên đơn vị diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn.

Mật độ dòng điện, ký hiệu là J, được xác định bởi J = I/A, trong đó ‘I’ là dòng điện và ‘A’ là diện tích mặt cắt ngang. Nếu N electron đi qua mặt cắt ngang trong thời gian T, thì lượng điện chuyển động là Ne, trong đó e là điện tích của một electron tính bằng coulomb.

Bây giờ, lượng điện chuyển động qua mặt cắt ngang mỗi đơn vị thời gian là

Nếu N số electron nằm trong chiều dài L của dây dẫn, thì nồng độ electron là

Bây giờ, từ phương trình (1) ta có thể viết,

Vì N số electron nằm trong chiều dài L và tất cả chúng đi qua mặt cắt ngang trong thời gian T, vận tốc trôi của các electron sẽ là,

Do đó, phương trình (2) cũng có thể được viết lại như sau

Bây giờ, nếu trường điện áp được áp dụng cho dây dẫn là E, thì vận tốc trôi của electron tăng tỷ lệ,

Trong đó, μ được định nghĩa là độ di chuyển của electron

Mật độ Dòng điện Trong Bán Dẫn

Tổng mật độ dòng điện trong bán dẫn là tổng của mật độ dòng điện do electron và lỗ trống, mỗi loại có độ di chuyển khác nhau.

Mối Quan hệ với Độ Dẫn

Mật độ dòng điện (J) liên quan đến độ dẫn (σ) thông qua công thức J = σE, trong đó E là cường độ điện trường.