كمية الشحنة الكهربائية لكل وحدة حجم أو مساحة في المادة.كثافة الشحنة هي مقياس لتركيز الشحنة الكهربائية في منطقة معينة من الفضاء، وتُعبَّر عنها عادةً بوحدة الحجم (كثافة الشحنة الحجمية) أو بوحدة المساحة (كثافة الشحنة السطحية). وهي مفهوم أساسي في الكهرومغناطيسية، تصف توزيع الشحنات الموجبة والسالبة في المواد، من الموصلات وأشباه الموصلات إلى البلازما والأغشية البيولوجية. فهم كثافة الشحنة ضروري للتنبؤ بالمجالات الكهربائية والجهود وسلوك الجسيمات المشحونة في مختلف الأوساط.
ظهر مفهوم كثافة الشحنة في القرن الثامن عشر مع أعمال بنجامين فرانكلين وغيره حول السوائل الكهربائية، لكنه صيغ رسميًا في القرن التاسع عشر على يد جيمس كليرك ماكسويل، الذي أدمجه في نظريته الموحدة للكهرومغناطيسية.
تُعرَّف كثافة الشحنة بأنها نهاية الشحنة لكل وحدة حجم (أو مساحة) عندما يتقلص الحجم (أو المساحة) إلى نقطة. في الموصل، تعيد الشحنات الحرة توزيع نفسها لجعل كثافة الشحنة الداخلية صفرًا، تاركةً كل الشحنة الزائدة على السطح. في العازل، تخلق الشحنات المقيدة كثافة شحنة استقطابية تعدّل المجال الصافي. يدخل المفهوم مباشرة في معادلات ماكسويل، ولا سيما قانون غاوس، الذي يربط تباعد المجال الكهربائي بكثافة الشحنة، ومعادلة الاستمرارية، التي تربط كثافة الشحنة بكثافة التيار.
تُستخدم كثافة الشحنة في تصميم الأجهزة الإلكترونية مثل الترانزستورات والمكثفات، وفي الكيمياء الكهربائية لتصميم البطاريات، وفي تقنيات التصوير الطبي مثل تخطيط كهربية القلب، حيث تُرسم توزيعات الشحنة السطحية على القلب.
في صاعقة برق نموذجية، يمكن أن تصل كثافة الشحنة في القناة المتأينة إلى قيم من رتبة 10^15 إلكترونًا لكل متر مكعب، وهو ما يكفي لتسخين الهواء إلى درجات حرارة أعلى بخمس مرات من حرارة سطح الشمس.
| \rho_{\rm GJ} | متغير | Goldreich-Julian charge density — كثافة الشحنة coulomb per cubic metre |
| \mathbf{\Omega} | متغير | Angular velocity vector of the neutron star — السرعة الزاوية radian per second |
| \mathbf{B} | متغير | Magnetic field vector — المجال المغناطيسي tesla |
| c | ثابت | Universal constant, speed of light in vacuum — سرعة الضوء = 299792458 metre per second |
| 2\pi | ثابت | Mathematical constant, 2π — two pi = 6.283 |
| \cdot | مؤثر | Scalar product of two vectors — الجداء القياسي |
لا مقالات بعد