Gibljivost nosilca naboja

Definicija gibalne sposobnosti nosilcev naboja

Gibalna sposobnost nosilcev naboja je definirana kot razmerje med strmiščno hitrostjo in uporabljenim električnim poljem v vodniku. Strmiščna hitrost odvisna je od dveh faktorjev: intenzitete električnega polja in gibalne sposobnosti vodnika. Za isto električno polje bodo različni kovini imeli različne strmiščne hitrosti zaradi njihove edinstvene gibalne sposobnosti nosilcev naboja.

V kovinah pas valentnih elektronov morda ni popolnoma izpolnjen, kar omogoča prostemu gibanju elektronov. Ti prosto gibajoči se elektroni niso povezani z določenimi atomi in se neodvisno gibljejo skozi kovino.

Zdaj predpostavimo, da je na kos kovine uporabljeno električno polje Ε volt/meter. Zaradi vpliva tega električnega polja bodo proste elektroni pospešeni. Vendar zaradi trčenj s težjimi ionami hitrost elektronov ne more biti neskončno povečana. Pri vsakem trčenju elektron izgubi svojo kinetično energijo in nato ponovno dobi pospešek zaradi prisotnosti zunanjega električnega polja. Na ta način elektroni dosežejo končno stabilno strmiščno hitrost po določenem času uporabljanja električnega polja. Predpostavimo, da je ta strmiščna hitrost v metri/sekundo. Je očitno, da je velikost te strmiščne hitrosti elektronov neposredno sorazmerna z intenziteto uporabljenega električnega polja Ε.

Tukaj je μ sorazmerje konstanta, znana kot gibalna sposobnost elektronov. Ta gibalna sposobnost določa, kako lahkoteče se elektroni gibljejo skozi vodnik. Ko se stabilna strmiščna hitrost združi s naključnim toplinskimi gibanji elektronov, je tam neto strmišče nasprotno smeri električnega polja.

Ta pojav tvori električni tok. Tokovska gostota J bi bila definirana kot enakomerno porazdeljeni tok, ki prehaja skozi vodnik na enoto pravokotnega preseka površine vodnika.

J = tokovska gostota = tok na enoto površine vodnika. Bolj natančno tokovska gostota lahko definirana kot enakomerno porazdeljeni tok, ki prehaja skozi vodnik z enotskim presekom površine.

Če je koncentracija elektronov na kubni meter n,

nv = število elektronov, ki preide na enoto časa na enoto preseka površine vodnika.

Zato celotno naboj, ki preide na enoto preseka površine vodnika na enoto časa, je env Coulombov. To ni nič drugega kot tokovska gostota vodnika.

Znova za vodnik z enotskimi dimenzijami, prečni površina A = 1 m 2

dolžina L = 1 m, uporabljeni električni polje E = V/L = V/1 = V (V je uporabljeni napon na vodnik). Tok I = J in upornost R = ρ = 1/σ, kjer je ρ upornost in σ prevodnost vodnika.