Şarj Taşıyıcısının Hareketliliği

Şarj Taşıcının Hareketlilik Tanımı

Şarj taşıyıcılarının hareketliliği, birileticide uygulanan elektrik alanına oranla sürüklenme hızı olarak tanımlanır. Sürüklenme hızı, elektrik alanın yoğunluğu ve iletkenin hareketliliğine bağlıdır. Aynı elektrik alanında, farklı metaller şarj taşıyıcılarının benzersiz hareketliliği nedeniyle farklı sürüklenme hızlarına sahip olacaktır.

Metallerde, valans bantındaki elektronlar tamamen dolu olmayabilir, bu da serbest elektronların hareket etmesine olanak tanır. Bu serbest elektronlar belirli atomlara bağlı değildir ve metal boyunca bağımsız olarak hareket ederler.

Şimdi, bir metale E volt/metrelik bir elektrik alanı uygulanmış olduğunu varsayalım. Bu elektrik alanın etkisiyle serbest elektronlar ivmelenir. Ancak daha ağır iyonlarla çarpışmalar nedeniyle elektronların hızı sonsuza kadar artamaz. Her çarpışma sırasında elektron kinetik enerjisini kaybeder ve dışarıdan gelen elektrik alanın varlığı sayesinde tekrar ivmelenir. Bu şekilde, belirli bir süre sonra uygulanan elektrik alan sonucunda elektronlar sonlu sabit sürüklenme hızına ulaşır. Bu sürüklenme hızını v metre/saniye olarak varsayalım. Bu sürüklenme hızının büyüklüğünün, uygulanan elektrik alanının yoğunluğuna orantılı olduğu açıktır.

Burada, μ orantılılık sabiti olarak bilinen elektronların hareketliliğidir. Bu hareketlilik, elektronların iletken boyunca ne kadar kolay hareket ettiğini belirler. Sabit sürüklenme hızı, elektronların rastgele termal hareketi ile birleştiğinde, elektrik alanın yönünün tersine net bir sürüklenme meydana gelir.

Bu fenomen, elektrik akımını oluşturur. Akım yoğunluğu J, iletkenin birim dik kesit alanına düzgün dağıtılan akım olarak tanımlanır.

J = akım yoğunluğu = iletkenin birim alan başına geçen akım. Daha kesin bir şekilde, akım yoğunluğu, birim kesit alanına sahip bir iletken boyunca düzgün dağıtılan akım olarak tanımlanabilir.

Eğer kübik metre başına elektron konsantrasyonu n ise,

nv = iletkenin birim kesit alanına birim zamanda geçen elektron sayısı.

Bu nedenle, iletkenin birim kesit alanına birim zamanda geçen toplam yük env Coulomb'dur. Bu, iletkenin akım yoğunluğudur.

Birim boyutlu iletken için, kesit alanı A = 1 m 2

uzunluk L = 1 m, uygulanan elektrik alan E = V/L = V/1 = V (V, iletken üzerinden uygulanan gerilimdir). Akım I = J ve direnç R = ρ = 1/σ, burada, ρ iletkenin direnç faktörü ve σ iletkenin iletkenliğidir.