Hustota náboja sa vzťahuje na množstvo elektrického náboja na jednotku objemu alebo jednotku plochy v danej oblasti priestoru. Je to miera toho, ako husto je elektrický náboj distribuovaný v materiáli alebo oblasti.

Aby sme pochopili hustotu náboja, musíme najprv pochopiť tento pojem hustoty. Hustota objektu je definovaná ako jeho hmotnosť na jednotku objemu. Podobne, v závislosti od typu usporiadania súvislého náboja, môžeme hustotu náboja uvažovať ako náboj na jednotku dĺžky, povrchu alebo objemu.

Obsah

• Čo je hustota náboja?
• Lineárna hustota náboja
• Hustota povrchového náboja
• Objemová hustota náboja
• Problémy so vzorcom hustoty náboja

Čo je hustota náboja?

Hustota náboja je definovaná ako množstvo elektrického náboja, ktoré sa môže akumulovať na jednotkovej dĺžke alebo jednotke plochy alebo jednotkového objemu vodiča. Inými slovami, udáva, koľko náboja je uložené v konkrétnom poli. Vypočítava rozloženie náboja a môže byť kladné alebo záporné.

Náboj môže byť rozptýlený po jednorozmernom alebo dvojrozmernom alebo trojrozmernom povrchu. Hustota náboja je rozdelená do troch typov:

1. Lineárna hustota náboja
2. Hustota povrchového náboja a
3. Objemová hustota náboja.

Jeho hodnota je priamo úmerná množstvu náboja, ale mení sa nepriamo úmerne s rozmermi povrchu.

Lineárna hustota náboja

Lineárna hustota náboja je definovaná ako množstvo náboja prítomného na jednotkovej dĺžke vodiča. Označuje sa symbolom lambda (λ). Jeho štandardná jednotka merania je Coulomby na meter (cm ^-1 ) a rozmerový vzorec je daný [M ⁰ L ^-1 T ¹ ja ¹ ].

java otvorený súbor

Jeho vzorec sa rovná pomeru hodnoty náboja k dĺžke vodivého povrchu.

A = q/l

kde,

• λ je lineárna hustota náboja
• q je náboj
• l je dĺžka povrchu

Hustota povrchového náboja

Hustota povrchového náboja je definovaná ako množstvo náboja prítomného na jednotkovej ploche vodiča. Označuje sa symbolom sigma (σ). Jeho štandardnou jednotkou merania sú coulomby na meter štvorcový (Cm ^-2 ) a rozmerový vzorec je daný [M ⁰ L ^-2 T ¹ ja ¹ ].

Jeho vzorec sa rovná pomeru hodnoty náboja k ploche vodivého povrchu.

a = q/A

kde,

• σ je hustota povrchového náboja
• q je náboj
• A je plocha povrchu

Objemová hustota náboja

Objemová hustota náboja je definovaná ako množstvo náboja prítomného na jednotke objemu vodiča. Označuje sa symbolom rho (ρ). Jeho štandardnou jednotkou merania sú coulomby na meter kubický (Cm^-3) a rozmerový vzorec je daný [M⁰L^-3T¹ja¹].

Jeho vzorec sa rovná pomeru hodnoty náboja k objemu vodivého povrchu.

p = q/V

kde,

• ρ je hustota objemového náboja
• q je náboj
• V je objem povrchu

Súvisiaci článok:

• Nepretržitá distribúcia náboja
• Hustota
• Princíp superpozície a kontinuálne rozloženie náboja
• Súčasná hustota
• Ako vypočítať prúdovú hustotu?

Problémy so vzorcom hustoty náboja

Úloha 1: Vypočítajte lineárnu hustotu náboja povrchu, ak je náboj 2 C a dĺžka je 4 m.

Riešenie:

Máme,

q = 2

l = 4

Pomocou vzorca, ktorý máme,

A = q/l

= 2/4

= 0,5 cm ^-1

Úloha 2: Vypočítajte lineárnu hustotu náboja povrchu, ak je náboj 5 C a dĺžka je 3 m.

Riešenie:

Máme,

q = 5

l = 3

Pomocou vzorca, ktorý máme,

A = q/l

= 5/3

= 1,67 cm ^-1

Úloha 3: Vypočítajte náboj, ak lineárna hustota náboja povrchu je 3 cm ^-1 a dĺžka je 5 m.

Riešenie:

Máme,

λ = 3

l = 5

Pomocou vzorca, ktorý máme,

A = q/l

=> q = λl

= 3 (5)

= 15 C

Úloha 4: Vypočítajte hustotu povrchového náboja povrchu, ak je náboj 20 C a plocha je 10 m ² .

Riešenie:

Máme,

operačný systém linux

q = 20

A = 10

Pomocou vzorca, ktorý máme,

σ = q/A

= 20/10

= 2 cm ^-2

Úloha 5: Vypočítajte náboj, ak hustota povrchového náboja povrchu je 5 cm ^-2 a plocha je 20 m ² .

Riešenie:

Máme,

σ = 5

A = 20

Pomocou vzorca, ktorý máme,

σ = q/A

=> q = σA

= 5 (20)

= 100 C

Úloha 6: Vypočítajte objemovú hustotu náboja povrchu, ak je náboj 50 C a objem je 80 m ³ .

Riešenie:

Máme,

q = 50

V = 80

Pomocou vzorca, ktorý máme,

p = q/V

= 50/80

= 0,625 cm ^-3

rozdiel tiger lev

Úloha 7: Vypočítajte náboj, ak objemová hustota náboja povrchu je 1 cm ^-3 a objem je 25 m ³ .

Riešenie:

Máme,

ρ = 1

V = 25

Pomocou vzorca, ktorý máme,

p = q/V

=> q = ρV

= 1 (25)

= 25 C

Záver o hustote náboja

Hustota náboja je základný pojem vo fyzike, ktorý popisuje distribúciu elektrického náboja v materiáli alebo oblasti priestoru. Hrá kľúčovú úlohu pri pochopení elektrických polí, potenciálov a prúdov v rôznych fyzikálnych systémoch, od vodičov a kondenzátorov po polovodiče a dielektrické materiály.

Hustota náboja – často kladené otázky

Čo je hustota náboja?

Hustota náboja sa vzťahuje na množstvo elektrického náboja na jednotku objemu alebo jednotku plochy v danej oblasti priestoru.

Ako sa vypočíta hustota náboja?

Hustotu náboja možno vypočítať vydelením celkového elektrického náboja (Q) objemom (V) alebo plochou (A) príslušnej oblasti. Matematicky je vyjadrená hustota náboja (ρ). ako ρ = Q/V pre objemovú hustotu náboja a ρ = Q/A pre povrchovú hustotu náboja.

Aké sú jednotky hustoty náboja?

Jednotky hustoty náboja závisia od použitého systému merania. Pre objemovú hustotu náboja sú jednotky zvyčajne coulomby na meter kubický (C/m^3), zatiaľ čo pre hustotu povrchového náboja sú jednotky zvyčajne coulomby na meter štvorcový (C/m^2).

Aké sú niektoré príklady hustoty náboja v aplikáciách v reálnom svete?

S hustotou náboja sa stretávame v rôznych situáciách, ako je distribúcia elektrického náboja na vodičoch, kondenzátoroch a v dielektrických materiáloch. Hrá tiež úlohu v oblastiach ako elektrostatika, fyzika polovodičov a veda o materiáloch.

Ako hustota náboja ovplyvňuje intenzitu elektrického poľa?

Vo všeobecnosti oblasti s vyššou hustotou náboja vykazujú silnejšie elektrické polia. Tento vzťah sa riadi Coulombovým zákonom, ktorý hovorí, že intenzita elektrického poľa (E) je priamo úmerná hustote náboja (ρ) a nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti od náboja.

Môže sa hustota náboja meniť v rámci daného objektu?

Áno, hustota náboja sa môže meniť v rámci objektu v závislosti od faktorov, ako je jeho tvar, zloženie a rozloženie elektrického náboja v ňom. Táto variácia sa často analyzuje vo fyzike a inžinierstve, aby sa pochopilo správanie elektrických polí a prúdov.

Ako súvisí hustota náboja s elektrickým potenciálom?

Hustota náboja ovplyvňuje elektrický potenciál v oblasti vesmíru. Oblasti s vyššou hustotou náboja majú tendenciu mať vyššie elektrické potenciály, zatiaľ čo oblasti s nižšou hustotou náboja majú nižšie elektrické potenciály. Tento vzťah je základom elektrostatiky a analýzy elektrických obvodov.

Aké sú dôsledky hustoty náboja v materiálovej vede a inžinierstve?

Pochopenie hustoty náboja je nevyhnutné pre navrhovanie elektrických komponentov, optimalizáciu vlastností materiálov a vývoj technológií, ako sú batérie, polovodiče a elektronické zariadenia.