WikiSort.ru - Не сортированное

Плотность заряда (линейная, поверхностная, объемная)
${\displaystyle {\frac {dq}{dl}},{\frac {dq}{dS}},{\frac {dq}{dV}}}$
Размерность	L−1TI, L−2TI, L−3TI
Единицы измерения
СИ	Кл/м, Кл/м2, Кл/м3
Примечания
скалярная величина

Пло́тность заря́да — количество электрического заряда, приходящееся на единицу длины, площади или объёма. Таким образом определяются линейная, поверхностная и объёмная плотности заряда, которые в системе СИ измеряются в кулонах на метр (Кл/м), в кулонах на квадратный метр (Кл/м²) и в кулонах на кубический метр (Кл/м³), соответственно. В отличие от плотности вещества, плотность заряда может принимать не только положительные, но и отрицательные значения, поскольку существуют заряды обоих знаков.

Плотность заряда в классической физике

Линейная, поверхностная и объёмная плотности электрического заряда обычно задаются функциями ${\displaystyle \lambda ({\vec {r}})}$ , ${\displaystyle \sigma ({\vec {r}})}$ и ${\displaystyle \rho ({\vec {r}})}$ , соответственно, где ${\displaystyle {\vec {r}}}$  — радиус-вектор. Зная эти функции, можно определить полный заряд:

${\displaystyle Q=\int \limits _{L}\lambda ({\vec {r}})\operatorname {d} r}$ ,

${\displaystyle Q=\int \limits _{S}\sigma ({\vec {r}})\operatorname {d} S}$ ,

${\displaystyle Q=\int \limits _{V}\rho ({\vec {r}})\operatorname {d} V}$ .

Плотность заряда в квантовой механике

В квантовой механике плотность заряда, например электрона в атоме, связана с волновой функцией ${\displaystyle \psi ({\vec {r}})}$ через соотношение

${\displaystyle \rho ({\vec {r}})=Q|\psi ({\vec {r}})|^{2}}$ ,

причём волновая функция должна иметь нормировку:

${\displaystyle \int |\psi ({\vec {r}})|^{2}\operatorname {d} V=1}$ .

Определение плотности заряда через δ-функцию

Иногда требуется записать объёмную плотность заряда для системы из точечных зарядов. Это может быть сделано с использованием δ-функции:

${\displaystyle \rho ({\overrightarrow {r}})=\sum _{a}e_{a}\delta ({\overrightarrow {r}}-{\overrightarrow {r_{a}}})}$

где сумма берётся по всем имеющимся зарядам, а ${\displaystyle {\overrightarrow {r_{a}}}}$  — радиус-вектор заряда ${\displaystyle e_{a}}$ .^[1] Полный заряд, находящийся во всём пространстве, равен интегралу ${\displaystyle \int \rho dV}$ по всему пространству. Можно написать этот интеграл в четырёхмерном виде:

${\displaystyle Q=\int \rho dV={\frac {1}{c}}\int j^{0}dV={\frac {1}{c}}\int j^{i}ds_{i}}$

где интегрирование производится по всей четырёхмерной гиперплоскости, перпендикулярной к оси x⁰ (очевидно, что это и означает интегрирование по всему трёхмерному пространству). ${\displaystyle j^{i}}$  — 4-вектор плотности тока.

Применение

Функция распределения плотности заряда фигурирует в уравнениях Максвелла (${\displaystyle \nabla \cdot {\bf {D}}=\rho }$ ).

См. также

• Плотность тока

Примечания

Литература

• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Изд. 4-е, стереотипное. — М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5..
• САВЕЛЬЕВ И. В. Основы теоретической физики: Учеб. руководство: Для вузов. В 2 т. Т. 1. Механика и электродинамика.— 2-е изд., испр. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991.— 496 с. ISBN 5-02.014455-Х (Т. 1)