電荷密度

在電磁學里，電荷密度是一種度量，描述電荷分布的密度。電荷密度又可以分類為線電荷密度、面電荷密度、體電荷密度。

假設電荷分布於一條曲線或一根直棒子，則其線電荷密度是每單位長度的電荷密度，單位為庫侖/米 (coulomb/meter) 。假設電荷分布於一個平面或一個物體的表面，則其面電荷密度是每單位面積的電荷密度，單位為庫侖/米^2。假設電荷分布於一個三維空間的某區域或物體內部，則其體電荷密度是每單位體積的電荷量，單位為庫侖/米^3。

基本介紹

• 中文名：電荷密度
• 外文名：Charge density
• 單位：庫侖/米
• 意義：描述電荷分布的密度
• 套用學科：物理學
• 相關術語：電荷

定義

從巨觀效果來看，帶電體上的電荷可以認為是連續分布的。電荷分布的疏密程度可用電荷密度來量度。體分布的電荷用電荷體密度來量度，面分布和線分布的電荷分別用電荷面密度和電荷線密度來量度。 電荷分布疏密程度的量度。電荷分布在物體內部時，單位體積內的電量稱為體電荷密度；分布在物體表面時，單位面積上的電量稱為面電荷密度；分布線上體上時，單位長度上的電量稱為線電荷密度。固體帶電時，電荷分布在表面，固體尖端處面電荷密度最大。流動液體的電荷則混雜在液體之中。粉體帶電狀況隨粉體的分散、懸浮、沉積而隨機變化。氣體帶電是氣體中懸浮的粉體狀顆粒(如水分，雜質)帶電。

由於在大自然里，有兩種電荷，正電荷和負電荷，所以，電荷密度可能會是負值。電荷密度也可能會相依於位置。特別注意，不要將電荷密度與電荷載子密度 (charge carrier density) 搞混了。

電荷密度與電荷載子的體積有關。例如，由於鋰陽離子的半徑比較小，它的體電荷密度大於鈉陽離子的體電荷密度。

經典電荷密度

假設，一個體積為V的載電體，其電荷密度是均勻的，跟位置無關，那么，總電荷量Q 為

。

假設，在某一區域內有N個離散的點電荷，像電子。那么，電荷密度可以用狄拉克δ函式來表達為

；

其中，是檢驗位置， 是位置為的第 i 個點電荷的電量。

量子電荷密度

在量子力學里，類氫原子的中心有一個正電性的原子核，環繞著原子核四周的一個電子的軌域，其電荷密度可以用波函式表達為

；

其中，q是電子的電荷量。

注意到 是找到電子的機率。經過歸一化，在全部空間找到電子的機率是

；

例如，氫原子的波函式 是

；

其中，是徑向函式，是球諧函式，n是主量子數， l 是角量子數，m 是磁量子數。

相對論性

相對論性電荷密度：

從相對論的角度來論述，導線的長度與觀察者的移動速度有關，所以電荷密度是一種相對論性觀念。安東尼·法蘭碁（Anthony French）在他的著作中表明，移動中的電荷密度會產生磁場力，會吸引或排斥其它載流導線。。使用閔可夫斯基圖，法蘭碁闡明，一條中性的載流導線，對於處於移動參考系的觀察者而言，為什麼會貌似載有淨電荷密度。通過時空坐標，研究電磁現象的領域稱為相對論性電磁學（relativistic electromagnetism）。

電荷面密度

樣品每單位面積上所帶的電量，以μC/m2為單位。LFY-403 摩擦帶電電荷測試儀(法拉第筒法)在試驗室條件下，評定織物以摩擦形式帶電荷後的靜電特性。

裝置與工具

(1)、靜電電荷測定範圍：0μC-2μC；

(2)、內筒：直徑400mm～600mm，高度750mm～900mm；

(3)、外筒：直徑500mm～70mm，高度850mm～1000mm；

(4)、聚四氟乙烯絕緣支架；

(5)、試驗用大氣條件：溫度：（20±5）℃；相對濕度：35%±5%。