Krūvio tankis reiškia elektros krūvio kiekį tūrio arba ploto vienete tam tikrame erdvės regione. Tai matas, kaip tankiai elektros krūvis pasiskirsto medžiagoje ar regione.
Norėdami suprasti krūvio tankį, pirmiausia turime suprasti šią tankio sąvoką. Objekto tankis apibrėžiamas kaip jo masė tūrio vienetui. Panašiai, priklausomai nuo nuolatinio įkrovimo išdėstymo tipo, krūvio tankį galime įsivaizduoti kaip krūvį ilgio, paviršiaus ar tūrio vienetui.
Turinys
- Kas yra įkrovimo tankis?
- Linijinis krūvio tankis
- Paviršiaus įkrovos tankis
- Tūrio įkrovos tankis
- Problemos dėl įkrovimo tankio formulės
Kas yra įkrovimo tankis?
Krūvio tankis apibrėžiamas kaip elektros krūvio kiekis, kuris gali būti sukauptas per laidininko ilgio, ploto ar tūrio vienetą. Kitaip tariant, jis nurodo, kiek įkrovos yra saugoma konkrečiame lauke. Jis apskaičiuoja krūvio pasiskirstymą ir gali būti teigiamas arba neigiamas.
Krūvis gali būti išsklaidytas ant vienmačio, dvimačio ar trimačio paviršiaus. Įkrovos tankis skirstomas į tris tipus:
- Linijinio krūvio tankis
- Paviršinio krūvio tankis ir
- Tūrinio krūvio tankis.
Jo vertė yra tiesiogiai proporcinga įkrovos dydžiui, tačiau keičiasi atvirkščiai, atsižvelgiant į paviršiaus matmenis.
Linijinis krūvio tankis
Linijinis krūvio tankis apibrėžiamas kaip krūvio kiekis, esantis per laidininko ilgio vienetą. Jis žymimas simboliu lambda (λ). Jo standartinis matavimo vienetas yra Kulonai vienam metrui (cm -1 ) ir matmenų formulė pateikiama [M 0 L -1 T 1 aš 1 ].
mylivecriclet
Jo formulė lygi įkrovos vertės ir laidžiojo paviršiaus ilgio santykiui.
λ = q/l
kur,
- λ yra linijinis krūvio tankis
- q yra krūvis
- l yra paviršiaus ilgis
Paviršiaus įkrovos tankis
Paviršiaus krūvio tankis apibrėžiamas kaip krūvio kiekis, esantis laidininko ploto vienete. Jis žymimas simboliu sigma (σ). Jo standartinis matavimo vienetas yra kulonai kvadratiniam metrui (cm -2 ) ir matmenų formulė pateikiama [M 0 L -2 T 1 aš 1 ].
Jo formulė lygi įkrovos vertės ir laidžiojo paviršiaus ploto santykiui.
σ = q/A
kur,
- σ yra paviršiaus krūvio tankis
- q yra krūvis
- A yra paviršiaus plotas
Tūrio įkrovos tankis
Tūrinio krūvio tankis apibrėžiamas kaip krūvio kiekis, esantis laidininko tūrio vienete. Jis žymimas simboliu rho (ρ). Jo standartinis matavimo vienetas yra kulonai kubiniam metrui (cm-3) ir matmenų formulė pateikiama [M0L-3T1aš1].
Jo formulė lygi įkrovos vertės ir laidžiojo paviršiaus tūrio santykiui.
ρ = q/V
kur,
- ρ yra tūrio krūvio tankis
- q yra krūvis
- V yra paviršiaus tūris
Susijęs straipsnis:
- Nuolatinis įkrovimo paskirstymas
- Tankis
- Superpozicijos principas ir nuolatinis krūvio paskirstymas
- Srovės tankis
- Kaip apskaičiuoti srovės tankį?
Problemos dėl įkrovimo tankio formulės
1 uždavinys: Apskaičiuokite paviršiaus linijinį krūvio tankį, jei krūvis yra 2 C, o ilgis 4 m.
Sprendimas:
Mes turime,
q = 2
l = 4
Naudodami mūsų turimą formulę,
λ = q/l
= 2/4
= 0,5 cm -1
2 uždavinys: Apskaičiuokite paviršiaus linijinį krūvio tankį, jei krūvis yra 5 C, o ilgis 3 m.
Sprendimas:
Mes turime,
q = 5
l = 3
Naudodami mūsų turimą formulę,
λ = q/l
= 5/3
= 1,67 cm -1
3 uždavinys: Apskaičiuokite krūvį, jei paviršiaus linijinio krūvio tankis yra 3 cm -1 o ilgis 5 m.
Sprendimas:
Mes turime,
λ = 3
l = 5
Naudodami mūsų turimą formulę,
λ = q/l
=> q = λl
= 3 (5)
= 15 C
4 uždavinys: Apskaičiuokite paviršiaus paviršiaus krūvio tankį, jei krūvis yra 20 C, o plotas yra 10 m 2 .
Sprendimas:
Mes turime,
q = 20
A = 10
Naudodami mūsų turimą formulę,
σ = q/A
= 20/10
= 2 cm -2
5 uždavinys: Apskaičiuokite krūvį, jei paviršiaus paviršiaus krūvio tankis yra 5 cm -2 ir plotas 20 m 2 .
ankita lokhande amžius
Sprendimas:
Mes turime,
σ = 5
A = 20
Naudodami mūsų turimą formulę,
σ = q/A
=> q = σA
= 5 (20)
= 100 C
6 uždavinys: Apskaičiuokite paviršiaus tūrinio krūvio tankį, jei krūvis yra 50 C, o tūris yra 80 m 3 .
Sprendimas:
Mes turime,
q = 50
V = 80
Naudodami mūsų turimą formulę,
ρ = q/V
= 50/80
= 0,625 cm -3
7 uždavinys: Apskaičiuokite krūvį, jei paviršiaus tūrinis krūvio tankis yra 1 cm -3 o tūris yra 25 m 3 .
Sprendimas:
Mes turime,
ρ = 1
V = 25
Naudodami mūsų turimą formulę,
ρ = q/V
homogeniškas mišinys=> q = ρV
= 1 (25)
= 25 C
Išvada apie krūvio tankį
Krūvio tankis yra pagrindinė fizikos sąvoka, apibūdinanti elektros krūvio pasiskirstymą medžiagoje arba erdvės regione. Jis atlieka lemiamą vaidmenį suprantant elektrinius laukus, potencialus ir sroves įvairiose fizinėse sistemose – nuo laidininkų ir kondensatorių iki puslaidininkių ir dielektrinių medžiagų.
Įkrovimo tankis – DUK
Kas yra krūvio tankis?
Krūvio tankis reiškia elektros krūvio kiekį tūrio arba ploto vienete tam tikrame erdvės regione.
Kaip apskaičiuojamas krūvio tankis?
Krūvio tankį galima apskaičiuoti padalijus bendrą elektros krūvį (Q) iš atitinkamos srities tūrio (V) arba ploto (A). Matematiškai išreiškiamas krūvio tankis (ρ). kaip ρ = Q/V tūriniam krūvio tankiui ir ρ = Q/A paviršiaus krūvio tankiui.
Kokie yra krūvio tankio vienetai?
Krūvio tankio vienetai priklauso nuo naudojamos matavimo sistemos. Tūrinio krūvio tankio vienetai paprastai yra kulonai kubiniam metrui (C/m^3), o paviršiaus krūvio tankio vienetai paprastai yra kulonai kvadratiniam metrui (C/m^2).
Kokie yra krūvio tankio pavyzdžiai realiame pasaulyje?
Įkrovos tankis susiduriama su įvairiomis situacijomis, pavyzdžiui, elektros krūvio pasiskirstymas ant laidininkų, kondensatorių ir dielektrinių medžiagų. Jis taip pat vaidina svarbų vaidmenį tokiose srityse kaip elektrostatika, puslaidininkių fizika ir medžiagų mokslas.
Kaip krūvio tankis veikia elektrinio lauko stiprumą?
Apskritai regionuose, kuriuose yra didesnis krūvio tankis, elektriniai laukai yra stipresni. Šį ryšį reglamentuoja Kulono įstatymas, kuris teigia, kad elektrinio lauko stipris (E) yra tiesiogiai proporcingas krūvio tankiui (ρ) ir atvirkščiai proporcingas atstumo nuo krūvio kvadratui.
Ar krūvio tankis gali skirtis tam tikrame objekte?
Taip, krūvio tankis gali kisti objekte, priklausomai nuo tokių veiksnių kaip jo forma, sudėtis ir elektros krūvio pasiskirstymas jame. Šis pokytis dažnai analizuojamas fizikoje ir inžinerijoje, siekiant suprasti elektrinių laukų ir srovių elgesį.
Kaip krūvio tankis yra susijęs su elektriniu potencialu?
Krūvio tankis įtakoja elektrinį potencialą erdvės regione. Didesnio krūvio tankio regionai paprastai turi didesnį elektrinį potencialą, o mažesnio krūvio tankio regionai turi mažesnį elektrinį potencialą. Šis ryšys yra esminis elektrostatinėje ir elektros grandinės analizėje.
Kokios yra krūvio tankio pasekmės medžiagų mokslui ir inžinerijai?
Suprasti įkrovimo tankį būtina kuriant elektrinius komponentus, optimizuojant medžiagų savybes ir kuriant tokias technologijas kaip baterijos, puslaidininkiai ir elektroniniai prietaisai.