Мобилитет на носителите на заряд
Мобилитет на носителите на заряд
Мобилитетът на носителите на заряд се дефинира като отношението между скоростта на дрейф и приложено електрическо поле в проводник. Скоростта на дрейф зависи от два фактора: интензитета на електрическото поле и мобилитета на проводника. За едно и също електрическо поле различни метали ще имат различни скорости на дрейф поради уникалния им мобилитет на носителите на заряд.
В металите, зоната на валентните електрони може да не е напълно запълнена, което позволява свободните електрони да се движат. Тези свободни електрони не са свързани с конкретни атоми и се движат независимо през целия метал.
Сега нека предположим, че е приложено електрическо поле Ε волт/метър върху метален парче. В резултат на влиянието на това електрическо поле свободните електрони ще бъдат ускорени. Но в резултат на сблъсъци с много по-тежки йони, скоростта на електроните не може да бъде увеличена безкрайно. При всеки сблъсък електронът губи своята кинетична енергия и след това възстановява ускорението си заради наличието на външно електрическо поле. По този начин електроните достигат до своята крайна стабилна скорост на дрейф след определено време на приложено електрическо поле. Нека предположим, че тази скорост на дрейф е v метра/секунда. Естествено е да се каже, че величината на тази скорост на дрейф на електроните е директно пропорционална на интензитета на приложеното електрическо поле Ε.
Тук μ е константа на пропорционалност, известна като мобилитет на електроните. Този мобилитет определя колко лесно електроните се движат през проводника. Когато стабилната скорост на дрейф се комбинира с произволното термично движение на електроните, има нетен дрейф в противоположна посока на електрическото поле.
Това явление съставлява електрически ток. Плотността на тока J би била дефинирана като равномерно разпределен ток, минаващ през единица перпендикулярна поперечна площ на проводника.
J = плотност на тока = ток върху площта на проводника. По-точно, плотността на тока може да бъде дефинирана като равномерно разпределен ток, минаващ през проводник с площ 1 квадратен метър.
Ако концентрацията на електроните в кубически метър е n,
nv = брой електрони, преминаващи през единица време през единица поперечна площ на проводника.
Следователно общият заряд, преминаващ през единица поперечна площ на проводника в единица време, е env кулон. Това нищо друго не е, освен плотността на тока в проводника.
Отново за проводник с размер 1, поперечната площ A = 1 m²
дължина L = 1 m, приложено електрическо поле E = V/L = V/1 = V (V е приложено напрежение върху проводника). Ток I = J и съпротивление R = ρ = 1/σ, където ρ е удължителност, а σ е проводимостта на проводника.
