Volumenladungsdichte
Über die Umrechnung der Raumladungsdichte
Die Raumladungsdichte misst die in einem dreidimensionalen Bereich verteilte elektrische Ladung — Coulomb pro Volumeneinheit. Sie beschreibt die Ladung in Festkörpermaterialien, Plasmen, Halbleitern und jeder volumetrischen Ladungsverteilung in der Elektrostatik und Elektrodynamik. Im Gegensatz zu Oberflächen- oder Linienladungsdichten, die Ladung auf Oberflächen oder Linien idealisieren, stellt die Raumladungsdichte reale physikalische Ladungsverteilungen in Materialien dar, in denen sich die Ladung über ein endliches Volumen verteilt.
Die SI-Einheit ist Coulomb pro Kubikmeter (C/m³). Die Raumladungsdichte ist fundamental für die Maxwell-Gleichungen und erscheint im Gaußschen Gesetz in differentieller Form: ∇·E = ρ/ε₀, wobei ρ die Raumladungsdichte ist. Diese Gleichung besagt, dass elektrische Feldlinien von Bereichen positiver Ladung divergieren und zu negativer Ladung konvergieren. In Leitern im Gleichgewicht ist die Raumladungsdichte null — alle überschüssige Ladung befindet sich auf der Oberfläche. Plasmen, dotierte Halbleiter und Dielektrika unter Belastung können eine von null verschiedene Raumladung aufweisen.
Unser Umrechner verarbeitet Einheiten der Raumladungsdichte für Elektromagnetismus, Plasmaphysik und Halbleiterbauelementanalyse.
Häufige Umrechnungen der Raumladungsdichte
| Von | Nach | Multiplikator |
|---|---|---|
| C/m³ | μC/cm³ | 10⁻⁶ |
| μC/cm³ | C/m³ | 10⁶ |
| C/m³ | mC/m³ | 1.000 |
| mC/m³ | C/m³ | 0,001 |
| C/m³ | μC/m³ | 10⁶ |
| C/m³ | nC/cm³ | 10⁻³ |
| C/m³ | C/L | 0,001 |
| C/L | C/m³ | 1.000 |
| nC/cm³ | C/m³ | 0,001 |
Referenz der Einheiten für Raumladungsdichte
Coulomb pro Kubikmeter (C/m³) – Die SI-Einheit für Raumladungsdichte. In den meisten praktischen Situationen sind die Werte recht klein (μC/m³ bis mC/m³), da selbst bescheidene Ladungsdichten enorme Zahlen von Elementarladungen beinhalten. Ein C/m³ entspricht etwa 6,24 × 10¹⁸ Elementarladungen pro Kubikmeter. Plasmen, geladene Aerosole und Halbleiter werden mit dieser Einheit analysiert.
Mikrocoulomb pro Kubikzentimeter (μC/cm³) – Praktisch für Laborexperimente und Demonstrationen. 1 μC/cm³ = 1 C/m³ (Hinweis: die Faktoren heben sich auf). Wird in der Elektrochemie, bei Polymerelektreten und Lehrbeispielen verwendet, bei denen cm³-Volumina natürlich sind.
Coulomb pro Liter (C/L) – Praktisch für die Lösungschemie und Elektrochemie. 1 C/L = 1.000 C/m³. Die Ionenkonzentration in Elektrolyten kann so ausgedrückt werden, obwohl die Molarität gebräuchlicher ist.
Elementarladungen pro Kubikmeter (e/m³) – Standard in der Plasmaphysik, wo die Teilchendichte wichtiger ist als die Ladung an sich. 1 e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C. Typische Elektronendichten: Ionosphäre 10¹⁰–10¹² /m³; Glimmentladung 10¹⁵–10¹⁸ /m³; Tokamak-Fusionsplasma 10¹⁹–10²⁰ /m³; feste Materie ~10²⁹ /m³.
Nanocoulomb pro Kubikzentimeter (nC/cm³) – Verwendet für schwach geladene Materialien und atmosphärische Elektrizität. Die Ladungsdichte einer Gewitterwolke beträgt etwa 1–10 nC/m³. Atmosphärische Ladung bei Schönwetter: ~10⁻¹² C/m³.