величина

плотность заряда

Количество электрического заряда на единицу объёма или площади в материале.
1 формула

Описание

Плотность заряда — это мера того, насколько сильно электрический заряд сконцентрирован в данной области пространства, обычно выражается на единицу объёма (объёмная плотность заряда) или на единицу площади (поверхностная плотность заряда). Это фундаментальное понятие в электромагнетизме, описывающее распределение положительных и отрицательных зарядов в материалах — от проводников и полупроводников до плазмы и биологических мембран. Понимание плотности заряда необходимо для предсказания электрических полей, потенциалов и поведения заряженных частиц в различных средах.

История

Концепция плотности заряда возникла в XVIII веке в работах Бенджамина Франклина и других учёных об электрических жидкостях, но была формализована в XIX веке Джеймсом Клерком Максвеллом, который включил её в свою единую теорию электромагнетизма.

Как это работает

Плотность заряда определяется как предел заряда на единицу объёма (или площади) при стремлении объёма (или площади) к точке. В проводнике свободные заряды перераспределяются так, что внутренняя плотность заряда становится нулевой, а весь избыточный заряд остаётся на поверхности. В диэлектрике связанные заряды создают поляризационную плотность заряда, которая изменяет результирующее поле. Это понятие непосредственно входит в уравнения Максвелла, в частности в закон Гаусса, который связывает дивергенцию электрического поля с плотностью заряда, и в уравнение непрерывности, которое связывает плотность заряда с плотностью тока.

Где применяется

Плотность заряда используется при проектировании электронных устройств, таких как транзисторы и конденсаторы, в электрохимии для разработки аккумуляторов, а также в методах медицинской визуализации, таких как электрокардиография, где картируется распределение поверхностных зарядов на сердце.

Любопытный факт

В типичной молнии плотность заряда в ионизированном канале может достигать значений порядка 10^15 электронов на кубический метр, что достаточно для нагрева воздуха до температур, в пять раз превышающих температуру поверхности Солнца.

Граф понятий →

Формулы

$$\rho_{\rm GJ} = -\frac{\mathbf{\Omega} \cdot \mathbf{B}}{2\pi c}$$
Плотность заряда, необходимая для экранирования электрического поля в магнитосфере пульсара.
Что в формуле
\rho_{\rm GJ}переменнаяПлотность заряда Голдрайха — Джулиана — плотность заряда Кл/м³
\mathbf{\Omega}переменнаяВектор угловой скорости нейтронной звезды — угловая скорость рад/с
\mathbf{B}переменнаяВектор магнитного поля — магнитное поле Тл
cконстантаУниверсальная постоянная, скорость света в вакууме — скорость света = 299792458 м/с
2\piконстантаМатематическая постоянная, 2π — two pi = 6.283
\cdotоператорСкалярное произведение двух векторов — скалярное произведение

Статьи по теме · 0

Статей пока нет