Độ di động của Carrier Điện

Định nghĩa về Khả năng Di chuyển của Dải Điện

Khả năng di chuyển của dải điện được định nghĩa là tỷ lệ giữa vận tốc trôi và trường điện áp được áp dụng trong một vật dẫn. Vận tốc trôi phụ thuộc vào hai yếu tố: cường độ của trường điện và khả năng di chuyển của vật dẫn. Đối với cùng một trường điện, các kim loại khác nhau sẽ có vận tốc trôi khác nhau do khả năng di chuyển duy nhất của chúng.

Trong kim loại, dải electron hóa trị có thể không được lấp đầy hoàn toàn, cho phép electron tự do di chuyển. Những electron tự do này không gắn kết với các nguyên tử cụ thể và di chuyển độc lập trong kim loại.

Bây giờ, hãy giả sử rằng một trường điện Ε volt/mét được áp dụng qua một đoạn kim loại. Do ảnh hưởng của trường điện này, các electron tự do sẽ được tăng tốc. Tuy nhiên, do va chạm với các ion nặng hơn nhiều, vận tốc của electron không thể tăng lên vô hạn. Tại mỗi va chạm, electron mất năng lượng động và sau đó lấy lại gia tốc do sự hiện diện của trường điện ngoại vi. Theo cách này, các electron đạt đến vận tốc trôi ổn định hữu hạn sau một thời gian nhất định khi áp dụng trường điện. Hãy giả sử rằng vận tốc trôi này là v mét/giây. Không cần phải nói, độ lớn của vận tốc trôi của electron tỷ lệ thuận với cường độ của trường điện áp dụng Ε.

Ở đây, μ là hằng số tỷ lệ được gọi là khả năng di chuyển của electron. Khả năng di chuyển này xác định cách dễ dàng mà electron di chuyển thông qua vật dẫn. Khi vận tốc trôi ổn định kết hợp với chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của electron, có một dòng trôi tổng cộng ngược chiều với hướng của trường điện.

Hiện tượng này tạo thành dòng điện. Mật độ dòng điện J sẽ được định nghĩa là, dòng điện phân bố đều đi qua vật dẫn trên đơn vị diện tích mặt cắt vuông góc của vật dẫn.

J = mật độ dòng điện = dòng điện trên đơn vị diện tích của vật dẫn. Chính xác hơn, mật độ dòng điện có thể được định nghĩa là dòng điện phân bố đều đi qua vật dẫn có diện tích mặt cắt vuông góc là đơn vị.

Nếu nồng độ electron trên mỗi mét khối là n,

nv = số lượng electron đi qua mỗi đơn vị thời gian trên mỗi đơn vị diện tích mặt cắt của vật dẫn.

Do đó, tổng điện tích đi qua đơn vị diện tích mặt cắt của vật dẫn mỗi đơn vị thời gian là env Coulombs. Đây chính là mật độ dòng điện của vật dẫn.

Lại nữa, đối với vật dẫn có kích thước đơn vị, diện tích mặt cắt A = 1 m²

chiều dài L = 1 m, trường điện áp dụng E = V/L = V/1 = V (V là điện áp áp dụng trên vật dẫn). Dòng điện I = J và điện trở R = ρ = 1/σ, trong đó, ρ là điện trở suất và σ là điện dẫn của vật dẫn.