面電荷密度の単位 の意味|基本単位で表すと
答えが面電荷密度なら、右辺の単位は (= ) になっているはず。ならなければ、どこかが間違っています。
- 面電荷密度を言葉でどう言い表すか
- その言葉を単位に置き換えると、なぜ になるのか
面電荷密度とは? 言葉で意味をつかむ
面電荷密度とは 面積 1 m² あたりの電荷。
言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。
言葉の通りに単位を並べるだけで、 が出てきました。
基本単位までたどる
言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。電荷(電気量) → 面積 → 面電荷密度 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。
よくある間違い:同じ単位でも別の量
次の量は 面電荷密度 と次元 [L⁻² T I] が同じです。単位が一致しても意味が違うことがあるので、検算のときは「何を表す量か」も確かめましょう。
- 電束密度()— 誘電率と電場の強さの積。
面電荷密度が出てくる公式
- 面電荷密度とは、面積 1 m² あたりの電荷。
- 言葉の式 面電荷密度 = ふくまれる電荷 ÷ その部分の面積 を単位に置き換えると 。
- 基本単位だけで書くと 。
練習問題:分子と分母を見きわめる
問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。
問1面電荷密度は「ふくまれる電荷 ÷ その部分の面積」で求められます。「ふくまれる電荷」[]、「その部分の面積」[] のとき、面電荷密度の単位はどれ?
答えと解説
正解:D
かける量(ふくまれる電荷)の単位が分子、割る量(その部分の面積)の単位が分母に来ます。まとめると 。
問2広い平面の電荷のつくる電場 を使います。E 「電場(電界)」[]、ε₀ 「誘電率」[] のとき、面電荷密度 σ の単位はどれ?
答えと解説
正解:D
式を σ について解くと 。分子・分母にそれぞれの単位を入れると = = 。
問3面電荷密度 = ふくまれる電荷 ÷ その部分の面積 です。「面電荷密度」[]、「その部分の面積」[] のとき、「ふくまれる電荷」の単位はどれ?
答えと解説
正解:C
言葉の式を「ふくまれる電荷」について解き直すと「ふくまれる電荷 = 面電荷密度 × その部分の面積」。単位を入れると = 。