전하 운반체의 이동성

전하 운반체의 이동성 정의

전하 운반체의 이동성은 도체에서 가해진 전기장에 대한 유동 속도의 비율로 정의됩니다. 유동 속도는 두 가지 요인에 따라 달라집니다: 전기장의 강도와 도체의 이동성입니다. 동일한 전기장에서도 서로 다른 금속들은 고유한 전하 운반체의 이동성 때문에 서로 다른 유동 속도를 가집니다.

금속에서는 밸런스 전자 대역이 완전히 채워져 있지 않아 자유 전자가 움직일 수 있습니다. 이러한 자유 전자는 특정 원자에 붙어 있지 않고 독립적으로 금속 전체를 통해 이동합니다.

이제 Ε 볼트/미터의 전기장을 금속 조각에 가한다고 가정해봅시다. 이 전기장의 영향으로 자유 전자는 가속됩니다. 그러나 훨씬 무거운 이온과의 충돌로 인해 전자의 속도는 무한히 증가할 수 없습니다. 각 충돌마다 전자는 운동 에너지를 잃고, 그 후 외부 전기장의 존재로 다시 가속됩니다. 이렇게 하여 일정 시간 동안 전기장을 가하면 전자들은 유한한 안정된 유동 속도에 도달합니다. 이 유동 속도를 v 미터/초라고 가정합시다. 이 유동 속도의 크기는 가해진 전기장 Ε의 강도와 직접적으로 비례함을 말할 필요가 없습니다.

여기서 μ는 전자의 이동성을 나타내는 비례 상수입니다. 이 이동성은 전자가 도체를 얼마나 쉽게 이동하는지 결정합니다. 안정된 유동 속도가 전자의 임의 열 운동과 결합하면 전기장 방향과 반대 방향으로 순방향 유동이 발생합니다.

이 현상은 전류를 구성합니다. 전류 밀도 J는 도체의 단위 수직 단면적당 균일하게 분포된 전류로 정의됩니다.

J = 전류 밀도 = 도체의 단위 면적당 전류. 좀 더 정확하게는, 전류 밀도는 단위 단면적의 도체를 통과하는 균일하게 분포된 전류로 정의될 수 있습니다.

전자의 농도가 세제곱 미터당 n이라면,

nv = 단위 시간 당 단위 단면적을 통과하는 전자의 수.

따라서 도체의 단위 단면적을 통과하는 단위 시간 당 총 전하량은 env 쿨롱입니다. 이것이 바로 도체의 전류 밀도입니다.

또한 단위 차원의 도체에 대해, 단면적 A = 1 m²

길이 L = 1 m, 가해진 전기장 E = V/L = V/1 = V (V는 도체에 걸린 전압). 전류 I = J이고 저항 R = ρ = 1/σ, 여기서 ρ는 저항률이고 σ는 도체의 도전성입니다.