Mobilitas Pengangkut Muatan

Definisi Mobilitas Pembawa Muatan

Mobilitas pembawa muatan didefinisikan sebagai rasio kecepatan drift terhadap medan listrik yang diterapkan dalam konduktor. Kecepatan drift bergantung pada dua faktor: intensitas medan listrik dan mobilitas konduktor. Untuk medan listrik yang sama, logam yang berbeda akan memiliki kecepatan drift yang berbeda karena mobilitas pembawa muatan unik mereka.

Dalam logam, band elektron valensi mungkin tidak sepenuhnya terisi, memungkinkan elektron bebas untuk bergerak. Elektron-elektron bebas ini tidak melekat pada atom-atom tertentu dan bergerak secara independen sepanjang logam.

Sekarang mari kita asumsikan bahwa satu medan listrik dengan Ε volt/meter diterapkan pada sepotong logam. Karena pengaruh medan listrik ini, elektron bebas akan mengalami percepatan. Namun, karena tabrakan dengan ion-ion yang jauh lebih berat, kecepatan elektron tidak dapat ditingkatkan tanpa batas. Pada setiap tabrakan, elektron kehilangan energi kinetiknya dan kemudian mendapatkan kembali percepatannya karena adanya medan listrik eksternal. Dengan cara ini, elektron mencapai kecepatan drift stabil yang terbatas setelah periode tertentu dari penerapan medan listrik. Mari kita asumsikan kecepatan drift ini adalah v meter/detik. Tidak perlu dikatakan bahwa besarnya kecepatan drift elektron ini berbanding lurus dengan intensitas medan listrik yang diterapkan Ε.

Di sini, μ adalah konstanta proporsional yang dikenal sebagai mobilitas elektron. Mobilitas ini menentukan seberapa mudah elektron bergerak melalui konduktor. Ketika kecepatan drift stabil digabungkan dengan gerakan termal acak elektron, ada arus drift bersih yang berlawanan dengan arah medan listrik.

Fenomena ini merupakan arus listrik. Densitas arus J didefinisikan sebagai, arus yang merata melewati konduktor per satuan luas penampang tegak lurus konduktor.

J = densitas arus = arus per satuan area konduktor. Lebih tepatnya, densitas arus dapat didefinisikan sebagai arus yang merata melewati konduktor dengan luas penampang satuan.

Jika konsentrasi elektron per meter kubik adalah n,

nv = jumlah elektron yang melewati per satuan waktu per satuan penampang konduktor.

Oleh karena itu, total muatan yang melewati penampang satuan konduktor per satuan waktu adalah env Coulomb. Ini tidak lain adalah densitas arus konduktor.

Kembali untuk konduktor dengan dimensi satuan, luas penampang A = 1 m²

panjang L = 1 m, medan listrik yang diterapkan E = V/L = V/1 = V (V adalah tegangan yang diterapkan di seberang konduktor). Arus I = J dan hambatan R = ρ = 1/σ, di mana, ρ adalah resistivitas dan σ adalah konduktivitas konduktor.