電荷密度

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電荷密度

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/07/19 04:26 UTC 版)

電荷密度 charge density
量記号	ρ
次元	T I L−3
種類	スカラー
SI単位	クーロン毎立方メートル
CGS単位	クーロン毎立方センチメートル

電荷密度（でんかみつど、英: charge density）は、単位体積当たりの電荷の量（体積密度）。電荷を担うものとしては負電荷をもつ電子、正電荷を持つ原子核がある。（注：原子核の正電荷は陽子のものだが、陽子は複数の素粒子で構成されており、それらの中に正電荷を持つものがある。電荷の起因を議論するときは考えるスケールによることに注意。）電荷密度というときには、どの体積スケールで定義するかが大事である。物質は原子（や分子）で構成されているから、原子の中を細かく区分けした体積スケールでいうなら、原子核の位置付近では電荷密度は正であり、その外側では電荷密度が負である。原子の大きさのスケールでいうなら、その体積中の正電荷と負電荷が打ち消しあうから電荷密度はゼロということになる。

また、物性物理では、電流を担う電子に注目することも多いので、そのような伝導電子の密度を取り出し、一つの実体として議論をすることがある。例えば金属の銅は、正の１価の銅イオンと、そこから出てきた伝導電子との集合体としてとらえることが多い。そのような場合は、電荷密度として「伝導電子の電荷密度」を意味することもある。

実験的にはX線は電子と、中性子線は原子核と強く相互作用をすることを利用して、X線回折による構造解析から得られた結果から電子による負電荷密度の分布が求まる。中性子回折実験では、同様な手法により原子核による正電荷密度が求まる。

バンド計算での電荷密度

バンド計算では通常、電荷密度とは電子の密度のことを示す。従って、この場合は電子密度（electron density）とも言う。電子以外の電荷（例えばイオンなど）に対しても "電荷密度" の表記を用いることがあるので注意が必要。

バンド計算では、実空間での電荷密度 ρ(r) は波動関数 ψ_i,k(r) のノルムを取ることにより求められる：

$\rho ({\boldsymbol {r}})=\sum _{i,{\boldsymbol {k}}}f_{i,{\boldsymbol {k}}}|\psi _{i,{\boldsymbol {k}}}({\boldsymbol {r}})|^{2}.$

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電荷密度

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/01/06 18:43 UTC 版)

「電荷」の記事における「電荷密度」の解説

単位体積あたりの電荷を電荷密度という。