Επιφανειακή Πυκνότητα Φορτίου

Είναι πάντα σημαντικό να καταλαβαίνουμε πώς κινείται το φορτίο σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Τα ηλεκτρικά φορτία θα συσσωρευτούν σε τέτοιες περιοχές. Κατά συνέπεια, ο υπολογισμός της πυκνότητας φορτίου είναι σημαντικός για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Τόσο η επιφάνεια όσο και ο όγκος ενός τέτοιου ηλεκτρικού στοιχείου θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της πυκνότητας φορτίου του. Αυτή η εξίσωση επιφανειακής πυκνότητας φορτίου είναι ένα σημαντικό και ενδιαφέρον θέμα. Ας δούμε πιο προσεκτικά την ιδέα!

Πυκνότητα επιφανειακής φόρτισης

Οι αγώγιμες επιφάνειες έχουν μια επιφανειακή πυκνότητα φορτίου, η οποία ποσοτικοποιεί τον συνολικό αριθμό φορτίων (q) ανά μονάδα επιφάνειας (A). Η πυκνότητα φορτίου φαίνεται να είναι μια μέτρηση για τον προσδιορισμό του πόσο ηλεκτρικό φορτίο συλλέγεται σε ένα δεδομένο πεδίο. Με βάση τους ορισμούς που παρέχονται, καθορίζει την ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου. Το μήκος, το εμβαδόν και ο όγκος ενός ηλεκτρικού σώματος είναι εφικτές παράμετροι.

Σαν συνέπεια, η πυκνότητα φορτίου θα μπορούσε να κατηγοριοποιηθεί σε τρεις κατηγορίες. Σύμφωνα με τον ηλεκτρομαγνητισμό, η πυκνότητα φορτίου είναι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας ανά μονάδα περιοχής του χώρου μόνο σε ένα, δύο ή τρία συστατικά.

Υπάρχουν τρία διαφορετικά είδη:

• Η πυκνότητα φόρτισης για κάθε μονάδα μήκους είναι γνωστή ως γραμμική πυκνότητα φόρτισης, όπου q φαίνεται να είναι η φόρτιση και το μήκος της εξάπλωσης. Η μονάδα SI του είναι coulomb ανά μέτρο (Cm-¹).

• Αυτό το φορτίο ανά μονάδα επιφάνειας περιγράφεται ως πυκνότητα επιφανειακού φορτίου όταν q είναι το φορτίο και A είναι το εμβαδόν επιφάνειας. Η μονάδα SI του είναι coulomb ανά τετραγωνικό μέτρο (Cm-2).

• Μια πυκνότητα φόρτισης όγκου είναι η φόρτιση ανά μονάδα όγκου, όπου q φαίνεται να είναι το φορτίο και V είναι ο όγκος διασποράς. Η μονάδα SI είναι coulomb ανά κυβικό μέτρο (Cm-3).

Η ποσότητα των ηλεκτρικών φορτίων ανά μονάδα επιφάνειας έχει ιδιαίτερη σημασία. Η αλλαγή στο ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής επιφάνειας ενός τέτοιου είδους σε διαφορετικές καταστάσεις αναφέρεται ως επιφανειακό φορτίο. Η πυκνότητα επιφανειακής φόρτισης, η οποία ποσοτικοποιεί το συνολικό φορτίο ανά μονάδα επιφάνειας, θα βρεθεί μόνο σε αγώγιμα υλικά.

Τύπος για την επιφανειακή πυκνότητα φόρτισης

Η πυκνότητα επιφανειακής φόρτισης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

σ =q/A

πού,

σ =Επιφανειακή πυκνότητα φορτίου (Cm-2),

q =Χρέωση (C),

A =Επιφάνεια (m2)

Η πυκνότητα φόρτισης ελέγχεται από την ποσότητα φόρτισης και την επιφάνεια ή το μέγεθος του αγωγού. Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας ανά μονάδα απόστασης, επιφάνειας ή μάζας είναι γνωστή ως πυκνότητα φορτίου στον ηλεκτρομαγνητισμό. Η ποσότητα φορτίου ανά μονάδα επιφάνειας, υπολογιζόμενη σε κουλόμπ ανά τετραγωνικό μέτρο (Cm-2), οπουδήποτε σε ένα σημείο σε μια επιφανειακή πυκνότητα φορτίου σε μια δισδιάστατη επιφάνεια είναι γνωστή ως πυκνότητα επιφανειακού φορτίου (σ). Η ποσότητα ενέργειας ανά μονάδα διάστασης, υπολογισμένη σε κουλόμπ ανά κυβικό μέτρο (Cm-3), οπουδήποτε στο σημείο ενός όγκου είναι γνωστή ως πυκνότητα φορτίου όγκου.

Για αγωγό ακανόνιστου σχήματος

Η επιφάνεια ενός αγωγού με ανώμαλη επιφάνεια θα ποικίλλει σε διαφορετικές θέσεις στην επιφάνειά του. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητα του επιφανειακού φορτίου ποικίλλει από σημείο σε σημείο στην επιφάνειά του. Η ποσότητα της επιφανειακής πυκνότητας φορτίου θα ήταν μεγαλύτερη στην περιοχή με την μεγαλύτερη καμπυλότητα. Αυτό σημαίνει ότι η επιφανειακή πυκνότητα φορτίου θα είναι υψηλότερη στα περιθώρια. Ως αποτέλεσμα, δεν υπάρχει σταθερός τύπος για τον υπολογισμό της επιφανειακής πυκνότητας φορτίου ενός τέτοιου αγωγού ακανόνιστου σχήματος.

Εφαρμογές επιφανειακής πυκνότητας φόρτισης

• Η πυκνότητα επιφανειακού φορτίου θα ήταν μια βασική ποσότητα που χρησιμοποιείται για να περιγράψει ένα ευρύ φάσμα γεγονότων που σχετίζονται με τις μετρήσεις.

• Χρησιμοποιείται συνήθως στη διασταύρωση DNA.

• Είναι πράγματι χρήσιμο για τη δημιουργία επαφής με την επιφάνεια.

• Η πυκνότητα του επιφανειακού φορτίου μπορεί επίσης να εκτιμήσει τον αριθμό των βιομοριακών αλληλεπιδράσεων που παραμένουν στην επιφάνεια.

• Μπορεί να μετρηθεί με ογκομέτρηση, μικροσκόπια αντίθεσης παρεμβολής με ανάκλαση ή μικροσκόπιο ατομικής δύναμης.

• Σύμφωνα με μια νέα ανάλυση, ο συντονισμός πλασμονίου επιφάνειας είναι η πιο ακριβής μέθοδος για τον προσδιορισμό της πυκνότητας επιφανειακού φορτίου.

Συμπέρασμα

Αυτή η εξίσωση επιφανειακής πυκνότητας φορτίου είναι ένα σημαντικό και ενδιαφέρον θέμα. Η ποσότητα των ηλεκτρικών φορτίων ανά μονάδα επιφάνειας έχει ιδιαίτερη σημασία. Η μεταβολή του ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής επιφάνειας ενός τέτοιου αντικειμένου σε διαφορετικές καταστάσεις αναφέρεται ως επιφανειακό φορτίο. Η πυκνότητα επιφανειακής φόρτισης, η οποία ποσοτικοποιεί το συνολικό φορτίο ανά μονάδα επιφάνειας, θα βρεθεί μόνο σε αγώγιμα υλικά. Η πυκνότητα του επιφανειακού φορτίου μπορεί επίσης να υπολογίσει τον αριθμό των βιομοριακών αλληλεπιδράσεων που παραμένουν στην επιφάνεια.