Movilidad del Portador de Carga
Definición de la movilidad del portador de carga
La movilidad de los portadores de carga se define como la relación entre la velocidad de deriva y el campo eléctrico aplicado en un conductor. La velocidad de deriva depende de dos factores: la intensidad del campo eléctrico y la movilidad del conductor. Para el mismo campo eléctrico, diferentes metales tendrán diferentes velocidades de deriva debido a su única movilidad de portadores de carga.
En los metales, la banda de electrones de valencia puede no estar completamente llena, lo que permite que los electrones libres se muevan. Estos electrones libres no están unidos a átomos específicos y se desplazan de manera independiente a lo largo del metal.
Ahora supongamos que se aplica un campo eléctrico de Ε voltios/metro a través de un trozo de metal. Debido a la influencia de este campo eléctrico, los electrones libres se acelerarán. Pero, debido a las colisiones con iones mucho más pesados, la velocidad de los electrones no puede aumentar infinitamente. En cada colisión, el electrón pierde su energía cinética y luego recupera su aceleración debido a la presencia del campo eléctrico externo. De esta manera, los electrones alcanzan una velocidad de deriva constante y estable después de cierto tiempo de aplicación del campo eléctrico. Supongamos que esta velocidad de deriva es v metros/segundo. Es innecesario decir que la magnitud de esta velocidad de deriva de los electrones es directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico aplicado Ε.
Aquí, μ es la constante de proporcionalidad conocida como la movilidad de los electrones. Esta movilidad determina cuán fácilmente se mueven los electrones a través del conductor. Cuando la velocidad de deriva estable se combina con el movimiento térmico aleatorio de los electrones, hay una deriva neta en dirección opuesta al campo eléctrico.
Este fenómeno constituye una corriente eléctrica. La densidad de corriente J se definiría como, la corriente distribuida uniformemente que pasa a través de un conductor por unidad de área transversal perpendicular al conductor.
J = densidad de corriente = corriente por unidad de área del conductor. Más precisamente, la densidad de corriente se puede definir como la corriente distribuida uniformemente que pasa a través de un conductor de área transversal unitaria.
Si la concentración de electrones por metro cúbico es n,
nv = número de electrones que cruzan por unidad de tiempo por unidad de sección transversal del conductor.
Por lo tanto, la carga total que cruza la sección transversal unitaria del conductor por unidad de tiempo es env Coulombs. Esto no es más que la densidad de corriente del conductor.
Nuevamente, para el conductor de dimensión unitaria, área transversal A = 1 m²
longitud L = 1 m, campo eléctrico aplicado E = V/L = V/1 = V (V es el voltaje aplicado a través del conductor). Corriente I = J y resistencia R = ρ = 1/σ, donde, ρ es la resistividad y σ es la conductividad del conductor.
