Mobilità del Carrier di Carica
Definizione della mobilità del portatore di carica
La mobilità dei portatori di carica è definita come il rapporto tra la velocità di deriva e il campo elettrico applicato in un conduttore. La velocità di deriva dipende da due fattori: l'intensità del campo elettrico e la mobilità del conduttore. Per lo stesso campo elettrico, diversi metalli avranno diverse velocità di deriva a causa della loro unica mobilità dei portatori di carica.
Nei metalli, la banda degli elettroni di valenza potrebbe non essere completamente riempita, permettendo agli elettroni liberi di muoversi. Questi elettroni liberi non sono legati a atomi specifici e si muovono indipendentemente all'interno del metallo.
Ora supponiamo che venga applicato un campo elettrico di Ε volt/metro attraverso un pezzo di metallo. A causa dell'influenza di questo campo elettrico, gli elettroni liberi saranno accelerati. Tuttavia, a causa delle collisioni con ioni molto più pesanti, la velocità degli elettroni non può aumentare infinitamente. Ogni collisione fa perdere all'elettrone la sua energia cinetica, che poi riacquista l'accelerazione a causa della presenza del campo elettrico esterno. In questo modo, gli elettroni raggiungono una velocità di deriva finita e costante dopo un certo tempo di applicazione del campo elettrico. Supponiamo che questa velocità di deriva sia v metri/sec. È superfluo dire che la magnitudine di questa velocità di deriva degli elettroni è direttamente proporzionale all'intensità del campo elettrico applicato Ε.
Qui, μ è la costante di proporzionalità nota come mobilità degli elettroni. Questa mobilità determina quanto facilmente gli elettroni si muovono attraverso il conduttore. Quando la velocità di deriva costante si combina con il moto termico casuale degli elettroni, c'è una deriva netta nella direzione opposta al campo elettrico.
Questo fenomeno costituisce una corrente elettrica. La densità di corrente J sarebbe definita come la corrente uniformemente distribuita che passa attraverso un conduttore per unità di area sezione trasversale perpendicolare del conduttore.
J = densità di corrente = corrente per unità di area del conduttore. Più precisamente, la densità di corrente può essere definita come la corrente uniformemente distribuita che passa attraverso un conduttore di area sezione trasversale unitaria.
Se la concentrazione di elettroni per metro cubo è n,
nv = numero di elettroni che attraversano per unità di tempo per unità di sezione trasversale del conduttore.
Quindi, la carica totale che attraversa la sezione trasversale unitaria del conduttore per unità di tempo è env Coulomb. Questo non è altro che la densità di corrente del conduttore.
Di nuovo, per il conduttore di dimensioni unitarie, l'area sezione trasversale A = 1 m²
lunghezza L = 1 m, campo elettrico applicato E = V/L = V/1 = V (V è la tensione applicata al conduttore). Corrente I = J e resistenza R = ρ = 1/σ, dove, ρ è la resistività e σ è la conducibilità del conduttore.
