Mobilitet nosioca naboja

Definicija pokretljivosti nosača naboja

Pokretljivost nosača naboja definirana je kao omjer brzine klizanja i primijenjenog električnog polja u vodilu. Brzina klizanja ovisi o dvama faktorima: intenzitetu električnog polja i pokretljivosti vodila. Za isto električno polje, različiti metali imat će različite brzine klizanja zbog svoje unikatne pokretljivosti nosača naboja.

U metalima, zona valentnih elektrona možda nije potpuno ispunjena, što dopušta slobodnim elektronima da se kreću. Ovi slobodni elektroni nisu vezani za specifične atome i neovisno se kreću kroz cijeli metal.

Pretpostavimo da je na komad metala primijenjeno električno polje od Ε volt/metar. Zbog utjecaja ovog električnog polja, slobodni elektroni će biti ubrzani. Međutim, zbog sudara s puno težim ionima, brzina elektrona ne može beskonačno rasti. Na svakom sudaru elektron gubi svoju kinetičku energiju, a zatim opet dobiva ubrzanje zbog prisutnosti vanjskog električnog polja. Na taj način elektroni postižu konačnu stabilnu brzinu klizanja nakon određenog vremena primijenjenog električnog polja. Pretpostavimo da je ova brzina klizanja v metara/sekundu. Ne treba naglašavati da je magnituda ove brzine klizanja elektrona direktno proporcionalna intenzitetu primijenjenog električnog polja Ε.

Ovdje, μ je proporcionalna konstanta poznata kao pokretljivost elektrona. Ova pokretljivost određuje koliko lako se elektroni kreću kroz vodil. Kada se stabilna brzina klizanja kombinira s nasumičnim toplinskim gibanjem elektrona, postoji neto klizanje suprotno smjeru električnog polja.

Ovaj fenomen čini električni struj. Gustoća struje J definirana bi bila kao uniformno raspoređena struja koja prođe kroz vodil po jedinici okomite presječne površine vodila.

J = gustoća struje = struja po jedinici površine vodila. Preciznije, gustoću struje može se definirati kao uniformno raspoređena struja koja prođe kroz vodil s jediničnom presječnom površinom.

Ako je koncentracija elektrona po kubnom metru n,

nv = broj elektrona koji prođe po jedinici vremena po jedinici presječne površine vodila.

Stoga, ukupan naboj koji prođe kroz jediničnu presječnu površinu vodila po jedinici vremena iznosi env Kulon. To je ništa drugo nego gustoća struje vodila.

Ponovno, za vodil s jediničnim dimenzijama, presječna površina A = 1 m²

dužina L = 1 m, primijenjeno električno polje E = V/L = V/1 = V (V je primijenjeno naponetni pad na vodilu). Struja I = J i otpor R = ρ = 1/σ, gdje je ρ specificni otpor, a σ provodljivost vodila.