면 밀도

면 밀도(area density, areal density, surface density, superficial density, column density, density thickness)는 2차원 물체의 질량을 넓이로 나눈 몫으로 정의된다. SI 유도 단위는 "제곱미터당 킬로그램"(단위 기호 kg·m−2)이다.

종이 및 섬유 산업에서는 이를 평량(grammage)이라 부르며 제곱미터당 그램(g/m2)으로 표시한다. 특히 종이의 경우 표준 크기의 연당 파운드("basis ream")로 표시한다.

일반화된 면적 수량(areic quantity)은 일반적인 물리량을 넓이로 나눈 몫으로 정의되며, 표면 전하 밀도 등이 그 예이다.
관련된 면적 개수 밀도는 질량을 입자 수나 다른 셀 수 있는 수량으로 대체하여 정의할 수 있다.

 공식 
면 밀도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

또는

여기서 는 평균 면 밀도, 은 물체의 총 질량, 는 물체의 총 넓이, 는 평균 밀도, 그리고 은 물체의 평균 두께이다.

 기둥 밀도 
면 밀도의 특수한 형태를 기둥 밀도(column density, columnar mass density)라고 하며 ρA 또는 σ로 표기한다. 이는 경로를 따라 적분된 단위 넓이당 화학 물질의 질량이다. 이는 기둥에 대해 부피 밀도 를 적분하여 얻는다.

일반적으로 적분 경로는 (예를 들어 대기물리학의 시선 전파와 같이) 경사지거나 비스듬한 입사 경로일 수 있다. 흔한 특수 사례는 매질의 바닥에서 꼭대기까지의 수직 경로이다.

여기서 는 수직 좌표(예: 높이 또는 깊이)를 나타낸다.

기둥 밀도 는 수직 평균 부피 밀도 와 다음과 같이 밀접하게 관련되어 있다.

여기서 이다. , , 의 단위는 각각 예를 들어 세제곱미터당 그램, 제곱미터당 그램, 미터가 된다.

 사용 
 대기물리학 
이는 전 지구의 오존 기둥을 측정하는 전오존 분광 광도계(TOMS)와 같은 원격탐사 장비에 의해 흔히 측정되는 양이다. 기둥 밀도는 차분 광학 흡수 분광법(DOAS) 방식에 의해서도 산출되며, 천저를 바라보는 마이크로파 복사계의 일반적인 산출물이다.

밀접하게 관련된 개념으로 얼음 또는 액체 물 경로(liquid water path)가 있는데, 이는 단위 넓이당 질량 대신 단위 넓이당 부피 또는 깊이를 지정하므로 두 양은 다음과 같은 관계가 있다.

또 다른 밀접한 관련 개념은 광학적 깊이이다.

 천문학 
천문학에서 기둥 밀도는 일반적으로 21 cm 수소선 관측이나 특정 분자종 관측을 통해 유도된, 특정 방향의 시선을 따른 제곱 cm(cm2)당 원자 또는 분자의 수를 나타내는 데 사용된다. 또한 성간 소광은 H 또는 H2의 기둥 밀도와 관련될 수 있다.

면 밀도 개념은 강착원반을 분석할 때 유용할 수 있다. 원반을 정면에서 바라보는 경우, 원반의 특정 영역에 대한 면 밀도는 기둥 밀도로 정의된다. 즉, 매질의 바닥에서 꼭대기까지 원반을 수직으로 통과하는 경로(시선)를 따라 적분된 단위 넓이당 화학 물질의 질량으로 정의된다.

여기서 는 수직 좌표(예: 높이 또는 깊이)를 나타내거나, 질량 대신 경로를 따라 적분된 단위 넓이당 물질의 수 또는 개수(기둥 개수 밀도)로 정의된다.

 데이터 저장 매체 

면 밀도는 하드 디스크 드라이브, 광 디스크 드라이브 및 테이프 드라이브와 같은 데이터 저장 장치에 사용되는 다양한 유형의 매체를 정량화하고 비교하는 데 사용된다. 현재 측정 단위는 일반적으로 제곱인치당 기가비트이다.

 종이 

면 밀도는 종이의 두께를 설명하는 데 자주 사용된다. 예를 들어, 80 g/m2가 매우 일반적이다.

 섬유 

직물의 "무게"는 흔히 단위 넓이당 질량인 제곱미터당 그램(gsm) 또는 제곱야드당 온스로 지정된다. 특정 옷감의 표준 너비에 대한 야드당 온스로 지정되기도 한다. 제곱미터당 1그램은 제곱야드당 0.0295온스와 같으며, 제곱야드당 1온스는 제곱미터당 33.9그램과 같다.

 기타 
이는 복사선의 흡광에 있어서도 중요한 양이다.

공기 중으로 낙하하는 물체를 연구할 때 면 밀도는 중요한데, 이는 저항은 넓이에 비례하고 중력은 질량에 비례하기 때문이다.

골밀도는 실제 밀도의 대용치로서 X선 흡수 측정법으로 측정되며, 흔히 제곱센티미터당 그램(g·cm−2) 단위로 표시된다.

체질량 지수는 제곱미터당 킬로그램 단위로 표시되지만, 여기서 넓이 수치는 키의 제곱이라는 명목상의 수치이다.

전리층의 총 전자 수는 기둥 개수 밀도 형태의 수량이다.

눈의 물 당량은 기둥 질량 밀도 형태의 수량이다.

 일반화: 면적 수량 
국제량체계(ISO 80000-1)에서는 모든 물리량을 넓이로 나눈 몫을 나타내기 위해 면적(areic)이라는 수식어를 사용할 것을 권장한다.
"단위 넓이당" 또는 "표면 ... 밀도"(또는 단순히 "밀도")라는 표현도 자주 사용되며, 결과 단위에는 역제곱미터(m−2)가 포함된다. 예시는 다음과 같다.
표면 질량 밀도 또는 면적 질량
넓이당 부피 또는 면적 부피 (예: 강수량)
표면 전하 밀도 또는 면적 전하, 단위 넓이당 전하
표면 전류 밀도 또는 면적 전류, 전류를 넓이로 나눈 몫
표면 자기 선속 밀도 또는 면적 자기 선속
표면 총 방사능 밀도 또는 면적 방사능
열류량 밀도 또는 면적 열류량
표면 일률 밀도, 단위 넓이당 일률
비표면 에너지, 단위 표면적당 자유 에너지

 같이 보기 
 선밀도
 종이 밀도

 각주 

분류:고전역학
분류:대기물리학