Strömkanaler

Strömkanaler är begrepp som används för att beskriva de vägar genom vilka elektrisk ström transporteras i ett material eller enhet. De förekommer i ledare, halvledare och andra medier där laddningsbärare rör sig under påverkan av ett elektriskt fält. Strömkanaler beskriver hur och var elektroner eller hål rör sig, och hur mycket ström de kan bära under givna förhållanden.

Fysiologiskt och tekniskt bestäms en strömkanal av materialets konduktivitet och geometri. Strömflödet I är kopplat till spänningen V och det resulterande motståndet R enligt Ohms lag, med R ungefär lika med resistivitet ρ gånger längden L över tvärsnittsarean A. Den lokala strömdensiteten J beskriver hur tätt laddning rör sig i kanalen och relateras till det lokala elektriska fältet E via J = σE eller J = (1/R) E. Kanaler kan därför formar sig av konstruktionens geometri och materialets egenskaper, samt av temperatur och frekvens.

Strömkanaler är centrala i elektroniska kretsar som ledare och koppartrådar, men de spelar även en viktig roll i halvledarkomponenter där en kanal mellan två kontakter regleras av en styrsignal. I dessa sammanhang uppträder kanaler som inversion- eller accumulationlager som möjliggör kontrollerat strömflöde.

Faktorer som materialval, temperatur, och frekvens påverkar kanalens egenskaper. Metaller ökar sin resistans med temperatur, medan många halvledare fångar upp mer laddning när temperaturen stiger. Impedans vid växelström gör att kanaler uppvisar fasförskjutningar och komplexa impedansbeteenden. Strömkanaler används inom kraftöverföring, elektronik, sensorer och nanoteknik där kontroll över lokal strömfördelning är viktig.