strömdensitet

Strömdensitet, betecknad med J, är mängden elektrisk ström som passerar genom en given yta per tidsenhet. Den är en vektor som beskriver både storlek och riktning av strömflödet vid en viss punkt i rummet och tiden. Strömdensiteten används för att beskriva hur mycket laddning som flyter genom ett material i varje område och översätts ofta till praktiska mått i elektriska ledningar och kretsar.

Enheten för strömdensitet är ampere per kvadratmeter (A/m^2). För en tvärsnittsarea A genom vilken strömmen I flyter definieras en lokal densitet J så att I = ∫_A J · dA. J kan variera med position och tid och beskriver hur mycket laddning passerar per enhet area per tidsenhet i varje punkt.

Mikroskopiskt och makroskopiskt beskriver J olika modeller. I ett enkelt driftsläge i en vätska eller solid är J ofta given av J = nq v_d, där n är antalet laddbärare, q deras laddning och v_d deras driftriktning. I elektriska ledare följer ofta Ohms lag i kontinuerliga media J = σ E, där σ är ledningsförmågan och E är det elektriska fältet. I flerkomponenter kan J skrivas som J = ∑ q_i n_i v_i eller i form av olika transportmodeller där diffusion och drift ingår.

Laddningskonservering införs genom kontinuitetslagen ∂ρ/∂t + ∇·J = 0, där ρ är den elektriska laddningstätheten. Vid stationära förlopp är ∇·J = 0. Strömdensitet är central i studier av elektriska kretsar, halvledare, plasmer och olika transportfenomen i material.