strömtäthet

Strømtæthet er et elektrisk felt som beskriver hvor mye strøm som flyter per enhets tverrsnitt i et materiale. Den vanligste enheten er ampere per kvadratmeter (A/m^2). For en uniform strømfordeling gjennom et område A har den magnitude J = I/A, og retningen er normalt mot strømretningen i materialet.

Strømtæthet er et lokalt vektorfelt, J(r, t), som gir den aktuelle strømfordelingen ved hvert punkt. Den totale strøm som passerer gjennom en flate S med normal dA er I = ∫_S J · dA. Dette gjør at man kan beregne strøm gjennom ujevn form og varierende materialegenskaper.

Kontinuitetsligningen beskriver sammenhengen mellom strømtæthed og ladebevegelse: ∂ρ/∂t + ∇·J = 0, der ρ er ladningstetthet. I steady state er ∇·J = 0, hvilket betyr at strøm ikke akkumuleres på et punkt.

Ohms lov for kontinuerlig medier kobler strømtæthed til det elektriske felt: J = σE, der σ er elektrisk ledningsevne. I anisotrope materialer kan J = σ · E være en tensor. For metaller kan J også uttrykkes som J = nqv_d, hvor n er antallet ladningsbærere, q deres ladning, og v_d driftshastigheten. Driftshastigheten relates til feltet via mobiliteten μ: v_d = μE.

I høyfrekvente applikasjoner blir huden dypere effekt, og strømtæthedens fordeling blir mer overfladisk. Måling av J gjøres ofte med tynn probe- eller skanneteknikker, og definisjonen er sentral i utforming av kabler, kretskort og semiconductors der strømfordelingen er kritisk.