Mobiliade do Portador de Carga

Definição de Mobilidade do Portador de Carga

A mobilidade dos portadores de carga é definida como a razão entre a velocidade de deriva e o campo elétrico aplicado em um condutor. A velocidade de deriva depende de dois fatores: a intensidade do campo elétrico e a mobilidade do condutor. Para o mesmo campo elétrico, diferentes metais terão diferentes velocidades de deriva devido à sua mobilidade única de portadores de carga.

Nos metais, a banda de elétrons de valência pode não estar completamente preenchida, permitindo que elétrons livres se movam. Esses elétrons livres não estão ligados a átomos específicos e se movem independentemente por todo o metal.

Agora, vamos supor que um campo elétrico de Ε volts/metro seja aplicado em uma peça de metal. Devido à influência deste campo elétrico, os elétrons livres serão acelerados. No entanto, devido às colisões com íons muito mais pesados, a velocidade dos elétrons não pode ser aumentada infinitamente. Em cada colisão, o elétron perde sua energia cinética e então recupera sua aceleração devido à presença do campo elétrico externo. Dessa forma, os elétrons atingem uma velocidade de deriva finita e estável após certo tempo de aplicação do campo elétrico. Vamos supor que esta velocidade de deriva seja v metros/segundo. É desnecessário dizer que a magnitude desta velocidade de deriva dos elétrons é diretamente proporcional à intensidade do campo elétrico aplicado Ε.

Aqui, μ é a constante de proporcionalidade conhecida como a mobilidade dos elétrons. Esta mobilidade determina quão facilmente os elétrons se movem através do condutor. Quando a velocidade de deriva estável se combina com o movimento térmico aleatório dos elétrons, há uma deriva líquida oposta à direção do campo elétrico.

Este fenômeno constitui uma corrente elétrica. A densidade de corrente J seria definida como a corrente uniformemente distribuída passando por um condutor por unidade de área transversal perpendicular ao condutor.

J = densidade de corrente = corrente por unidade de área do condutor. Mais precisamente, a densidade de corrente pode ser definida como a corrente uniformemente distribuída passando por um condutor de área transversal unitária.

Se a concentração de elétrons por metro cúbico for n,

nv = número de elétrons que cruzam por unidade de tempo por unidade de seção transversal do condutor.

Portanto, a carga total que cruza a seção transversal unitária do condutor por unidade de tempo é env Coulombs. Isso nada mais é do que a densidade de corrente do condutor.

Novamente, para o condutor de dimensão unitária, a área transversal A = 1 m²

comprimento L = 1 m, campo elétrico aplicado E = V/L = V/1 = V (V é a tensão aplicada ao longo do condutor). Corrente I = J e resistência R = ρ = 1/σ, onde ρ é a resistividade e σ é a condutividade do condutor.