Mobilidade do portador de carga

Definición da mobilidade dos portadores de carga

A mobilidade dos portadores de carga define como a relación entre a velocidade de deriva e o campo eléctrico aplicado nun condutor. A velocidade de deriva depende de dous factores: a intensidade do campo eléctrico e a mobilidade do condutor. Para o mesmo campo eléctrico, diferentes metais terán diferentes velocidades de deriva debido á súa única mobilidade de portadores de carga.

Nos metais, a banda de electróns de valencia pode non estar completamente chea, permitindo que os electróns libres se movan. Estes electróns libres non están ligados a átomos específicos e moveñan independentemente a través do metal.

Agora supoñamos que se aplica un campo eléctrico de Ε volt/metro a través dunha peza de metal. Debido á influencia deste campo eléctrico, os electróns libres aceleraránse. Pero debido ás colisións con íons moito máis pesados, a velocidade dos electróns non pode aumentarse infinitamente. En cada colisión, o electrón perde a súa enerxía cinética e despois recupera a súa aceleración debido á presenza do campo eléctrico externo. Desta forma, os electróns alcanzan a súa velocidade de deriva finita e estable despois dun certo tempo de aplicación do campo eléctrico. Supoñamos que esta velocidade de deriva é v metro/segundo. É innecesario dicir que a magnitude desta velocidade de deriva dos electróns é directamente proporcional á intensidade do campo eléctrico aplicado Ε.

Aquí, μ é a constante de proporcionalidade coñecida como a mobilidade dos electróns. Esta mobilidade determina canto facilmente os electróns se moven a través do condutor. Cando a velocidade de deriva estable combínase co movemento térmico aleatorio dos electróns, hai unha deriva neta na dirección oposta ao campo eléctrico.

Este fenómeno constitúe unha corrente eléctrica. A densidade de corrente J defínese como a corrente distribuída uniformemente que pasa a través dun condutor por unidade de área transversal perpendicular do condutor.

J = densidade de corrente = corrente por unidade de área do condutor. De xeito máis preciso, a densidade de corrente pódese definir como a corrente distribuída uniformemente que pasa a través dun condutor de unidade de área transversal.

Se a concentración de electróns por metro cúbico é n,

nv = número de electróns que cruzan por unidade de tempo por unidade de sección transversal do condutor.

polo tanto, a carga total que cruza a unidade de sección transversal do condutor por unidade de tempo é env Coulombs. Isto non é outra cousa que a densidade de corrente do condutor.

Novamente para o condutor de dimensión unitaria, a área transversal A = 1 m²

lonxitude L = 1 m, campo eléctrico aplicado E = V/L = V/1 = V (V é o voltaxe aplicado a través do condutor). Corrente I = J e resistencia R = ρ = 1/σ, onde, ρ é a resistividade e σ é a conductividade do condutor.