Como a densidade de corrente J está relacionada à densidade volumétrica de carga ?

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão pergunta como a densidade de corrente está relacionada à densidade volumétrica de carga . Isso envolve conceitos de eletromagnetismo, especificamente sobre como as cargas se movem e como isso gera corrente elétrica. Para resolver, vamos precisar entender as definições dessas duas densidades e como elas se conectam através do movimento das cargas.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é densidade volumétrica de carga . Ela representa a quantidade de carga elétrica por unidade de volume em um material. Basicamente, indica quanta carga está presente em um espaço específico.

Passo 3

Agora, a densidade de corrente descreve o fluxo de carga elétrica por unidade de área por unidade de tempo. Em outras palavras, mostra quão rapidamente a carga está se movendo através de uma área.

Passo 4

Para relacionar e , precisamos considerar a velocidade com que as cargas estão se movendo. Se as cargas têm uma velocidade média , então a densidade de corrente pode ser expressa como:
Isso significa que a corrente depende tanto da quantidade de carga presente ( ) quanto da velocidade com que essa carga está se movendo.

Passo 5

Além disso, se considerarmos que a carga pode estar variando com o tempo, temos a equação da continuidade, que relaciona a variação da densidade de carga com a divergência da densidade de corrente:
Essa equação garante que a carga seja conservada, ou seja, que a carga desapareça ou apareça apenas através do fluxo de corrente.

Resposta

A densidade de corrente está relacionada à densidade volumétrica de carga pela equação , onde é a velocidade das cargas.

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