Mobilnost nosioca naboja

Definicija pokretljivosti nosioca naelektrisanja

Pokretljivost nosioca naelektrisanja definiše se kao odnos brzine klizanja i primenjene električne sile u vodilu. Brzina klizanja zavisi od dva faktora: intenziteta električnog polja i pokretljivosti vodila. Za isto električno polje, različiti metali će imati različite brzine klizanja zbog svoje unikatne pokretljivosti nosioca naelektrisanja.

U metalima, zona valentnih elektrona može biti potpuno ispunjena, omogućavajući slobodnim elektronima da se kreću. Ovi slobodni elektroni nisu vezani za specifična atoma i nezavisno se kreću kroz metal.

Pretpostavimo sada da je na komad metala primenjeno jedno električno polje od Ε volt/ meter. Zbog uticaja ovog električnog polja, slobodni elektroni će biti ubrzani. Međutim, zbog sudara sa mnogo težim jonima, brzina elektrona ne može beskonačno rasti. Na svakom sudaru, elektron gubi svoju kinetičku energiju, a zatim opet dobija ubrzanje zbog prisustva vanjskog električnog polja. Na taj način elektroni dostižu konačnu stabilnu brzinu klizanja nakon određenog vremena primenjenog električnog polja. Pretpostavimo da je ova brzina klizanja v metara/sekund. Samo po sebi je očigledno da je magnituda ove brzine klizanja elektrona direktno proporcionalna intenzitetu primenjenog električnog polja Ε.

Ovdje, μ je konstanta proporcionalnosti poznata kao pokretljivost elektrona. Ova pokretljivost određuje koliko lako se elektroni kreću kroz vodil. Kada se stabilna brzina klizanja kombinuje sa slučajnim toplinskim kretanjem elektrona, postoji neto klizanje suprotno smeru električnog polja.

Ovaj fenomen čini električnu struju. Gustina struje J bi bila definisana kao uniformno raspodeljena struja koja prođe kroz vodil po jedinici okomite površine preseka vodila.

J = gustina struje = struja po jedinici površine vodila. Preciznije, gustina struje može biti definisana kao uniformno raspodeljena struja koja prođe kroz vodil jedinične površine preseka.

Ako je koncentracija elektrona po kubnom metru n,

nv = broj elektrona koji prođe po jedinici vremena po jedinici površine preseka vodila.

Stoga, ukupan naboj koji prođe kroz jediničnu površinu preseka vodila po jedinici vremena iznosi env Kulomba. To je ništa drugo do gustina struje vodila.

Ponovo, za vodil jediničnih dimenzija, površina preseka A = 1 m²

dužina L = 1 m, primenjeno električno polje E = V/L = V/1 = V (V je primenjena naponska razlika kroz vodil). Struja I = J i otpor R = ρ = 1/σ, gde je ρ specificni otpor, a σ konduktnost vodila.