Mobilité des porteurs de charge
Définition de la mobilité des porteurs de charge
La mobilité des porteurs de charge est définie comme le rapport de la vitesse de dérive à l'intensité du champ électrique appliqué dans un conducteur. La vitesse de dérive dépend de deux facteurs : l'intensité du champ électrique et la mobilité du conducteur. Pour le même champ électrique, différents métaux auront des vitesses de dérive différentes en raison de leur mobilité unique des porteurs de charge.
Dans les métaux, la bande d'électrons de valence peut ne pas être complètement remplie, permettant aux électrons libres de se déplacer. Ces électrons libres ne sont pas attachés à des atomes spécifiques et se déplacent indépendamment à travers le métal.
Supposons maintenant qu'un champ électrique de Ε volt/mètre est appliqué à travers un morceau de métal. En raison de l'influence de ce champ électrique, les électrons libres seront accélérés. Mais en raison des collisions avec des ions beaucoup plus lourds, la vitesse des électrons ne peut pas être augmentée indéfiniment. À chaque collision, l'électron perd son énergie cinétique puis regagne son accélération en raison de la présence du champ électrique externe. De cette manière, les électrons atteignent une vitesse de dérive finie et stable après un certain temps de champ électrique appliqué. Supposons que cette vitesse de dérive est v mètres/seconde. Il va sans dire que la magnitude de cette vitesse de dérive des électrons est directement proportionnelle à l'intensité du champ électrique appliqué Ε.
Ici, μ est la constante de proportionnalité connue sous le nom de mobilité des électrons. Cette mobilité détermine la facilité avec laquelle les électrons se déplacent à travers le conducteur. Lorsque la vitesse de dérive stable s'combine avec le mouvement thermique aléatoire des électrons, il y a une dérive nette opposée à la direction du champ électrique.
Ce phénomène constitue un courant électrique. La densité de courant J serait définie comme, le courant uniformément distribué passant à travers un conducteur par unité de section transversale perpendiculaire du conducteur.
J = densité de courant = courant par unité de surface du conducteur. Plus précisément, la densité de courant peut être définie comme le courant uniformément distribué passant à travers un conducteur de section transversale unitaire.
Si la concentration d'électrons par mètre cube est n,
nv = nombre d'électrons traversant par unité de temps par unité de section transversale du conducteur.
Ainsi, la charge totale traversant la section transversale unitaire du conducteur par unité de temps est env Coulombs. Cela n'est rien d'autre que la densité de courant du conducteur.
Encore une fois, pour un conducteur de dimension unitaire, la section transversale A = 1 m²
la longueur L = 1 m, le champ électrique appliqué E = V/L = V/1 = V (V est la tension appliquée à travers le conducteur). Le courant I = J et la résistance R = ρ = 1/σ, où, ρ est la résistivité et σ est la conductivité du conducteur.
