Laengemasside liikumisvõime

Laengujooniku liikuvuse definitsioon

Laengujooniku liikuvus defineeritakse kui vedeliku driftereeningu ja rakendatud elektrivälja suhe. Driftereening sõltub kahest tegurist: elektrivälja tugevusest ja vedeliku liikuvusest. Samas elektriväljas erinevad metallid omavad erinevat driftereeningut nende unikaalse laengujooniku liikuvuse tõttu.

Metallides võib väärtuskastiandmebaas olla täielikult täidetud, lubades vabade elektrone liikuda. Need vabad elektronid ei ole seotud konkreetsete aatomitega ja liiguvad sõltumatult metalli sees.

Oletame, et metallile rakendatakse elektriväli Ε volti/meeter. Selle elektrivälja mõju tõttu kiirenevad vabad elektronid. Kuid sellel ei saa elektronide kiirust lõpmatult suurendada, kuna nende kokkupõrkeid raskemate ionidega. Iga kokkupõrge käigus kaotab elektron oma kineteenenergia ja taastab kiirenduse välise elektrivälja kaudu. Sellisel moel jõuavad elektronid pärast mõnda aega stabiilsele driftereeningule. Oletame, et see driftereening on v meetrit/sekund. On selge, et selle driftereeningu suurus on otseproportsionaalne rakendatud elektrivälja tugevusele Ε-ga.

Siin on μ proportsionaalsuskonstant, mis on teada kui elektronide liikuvus. See liikuvus määrab, kuidas hõlpsalt elektronid liiguvad vedelikus. Kui stabiilne driftereening koondub juhuslike temperatuuriindutatud elektronide liikumisega, tekib netto-drift vastupidises suunas elektriväljaga.

See nähtus moodustab elektrivoolu. Vooltihedus J defineeritakse kui ühtlaselt jaotunud vool, mis läbib vedelikut ühiku ristliku lõikeala kaudu.

J = vooltihedus = vool ühiku ala kohta vedelikus. Täpsemalt võib vooltihedust defineerida kui ühtlaselt jaotunut voolu, mis läbib vedelikut, mille ristlik lõikeala on üks ühik.

Kui elektronide kontsentratsioon kuupmeetris on n,

nv = elektronide arv, mis läbib ühiku ajaga ühiku ristlikku lõikeala vedelikus.

Seega läbib ühiku ristlikku lõikeala vedelikus ühiku ajaga kokku env kulombi laengut. See ongi vedeliku vooltihedus.

Uuesti ühikulise mõõtudega vedeliku korral, ristlik lõikeala A = 1 m²

pikkus L = 1 m, rakendatud elektriväli E = V/L = V/1 = V (V on rakendatud pingevahetajana vedeliku kohal). Vool I = J ja vastus R = ρ = 1/σ, kus, ρ on vastavus ja σ on vedeliku juhivus.