Lādētāju mobilitāte

Pārnesēja īpatnības definīcija

Pārnesēju mobilitāte ir definēta kā straumes novirzējās ātruma attiecība pret piemērotu elektrisko lauku vodiķī. Novirzējās ātrums atkarīgs no diviem faktoriem: elektriskā lauka intensitātes un vodiķa pārnesēju mobilitātes. Vienu un to pašu elektrisko lauku dēļ dažādi metāli būs ar dažādiem novirzējās ātrumiem, jo viņi ir ar savām unikālajām pārnesēju mobilitātēm.

Metālos, valentnētronu josla var nebūt pilnībā aizpildīta, ļaujot brīvajiem elektroniem kustēties. Šie brīvie elektroni nav saistīti ar konkrētiem atomiem un neatkarīgi kustas caur metālu.

Tagad pieņemsim, ka uz metāla gabala tiek piemērots elektriskais lauks ar spēku Ε volt/metrs. Dēļ šī elektriskā lauka ietekmes brīvie elektroni tiks paātrināti. Taču, dēļ saskarsmes ar daudz smagākiem joniem, elektronu ātrumu nevar bezgalīgi palielināt. Katrā sadursmē electrons zaudē savu kinētisko enerģiju un tad atkal iegūst savu paātrinājumu, dēļ ārējā elektriskā lauka klātbūtnes. Tādējādi, pēc noteiktā laika, kad elektriskais lauks tiek piemērots, elektronam tiek sasniedzts galīgs stabils novirzējās ātrums. Pieņemsim, ka šis novirzējās ātrums ir v metri/sekundē. Ir acīmredzami, ka šī novirzējās ātruma lielums ir tieši proporcionāls piemērotā elektriskā lauka Ε intensitātei.

Šeit, μ ir proporcionalitātes konstante, kas pazīstama kā elektronu mobilitāte. Šī mobilitāte nosaka, cik viegli elektroni pārvietojas caur vodiķi. Kad stabils novirzējās ātrums apvienojas ar elektronu nejaušo termisko kustību, rodas neto novirze pretēji elektriskā lauka virzienam.

Šis parādības veido elektrisko strāvu. Strāvas blīvību J definē kā vienmērīgi izplatīto strāvu, kas pāriet caur vodiķi, perpendikulāri pret vodiķa šķērsgriezumu.

J = strāvas blīvība = strāva per vienību šķērsgriezumu. Precīzāk, strāvas blīvību var definēt kā vienmērīgi izplatītu strāvu, kas pāriet caur vodiķi ar vienības šķērsgriezumu.

Ja elektronu koncentrācija per kubmetru ir n,

nv = elektronu skaits, kas pāriet per vienību laiku per vienības šķērsgriezumu vodiķa.

Tātad, kopējais lādiņš, kas pāriet per vienības šķērsgriezumu vodiķa per vienību laiku, ir env Kulumbs. Tas ir tas pats, kas vodiķa strāvas blīvība.

Vēlreiz, ja vodiķa mērogi ir vienības mēroki, šķērsgriezuma laukums A = 1 m²

garums L = 1 m, piemērotais elektriskais lauks E = V/L = V/1 = V (V ir piemērotais spriegums vodiķa malās). Strāva I = J un pretestība R = ρ = 1/σ, kur, ρ ir pretestība un σ ir vodiņojamība vodiķa.