
【化】 bound charge
manacle; restrain; bind up; hold in leash; shackle; stranglehold; tie down
yoke; bondage
【机】 bind; binding
charge; electric charge; electricity
【化】 electric charge
【医】 charge
束缚电荷(Bound Charge)是电介质材料中因极化现象产生的非自由移动电荷,其存在形式可分为极化面电荷(surface bound charge)和极化体电荷(volume bound charge)。该概念与自由电荷(free charge)形成对比,后者可在导体中自由迁移。
从微观机制看,束缚电荷源于电介质内部原子或分子在电场作用下的极化响应。当外加电场存在时,电中性粒子的正负电荷中心发生相对位移(电子极化),或具有固有电偶极矩的分子发生取向排列(取向极化),从而在宏观尺度表现出电荷分布变化。这种极化效应可用极化强度矢量P描述,对应的束缚电荷密度公式为: $$ sigma_b = mathbf{P} cdot mathbf{hat{n}} quad (text{面密度}) $$ $$ rho_b = - abla cdot mathbf{P} quad (text{体密度}) $$
在工程应用中,束缚电荷对电容器介质选择、电磁波传播分析等领域具有关键作用(参考:Feynman Lectures on Physics Vol.II)。其物理本质可通过经典电介质理论解释,相关数学模型被广泛应用于电磁场数值计算(参考:Jackson's Classical Electrodynamics)。
束缚电荷是电磁学中的重要概念,其定义和特性可综合多个权威来源总结如下:
束缚电荷指电介质(绝缘体)内部的正负电荷,这些电荷受原子或分子间作用力的约束,无法自由移动,只能在微观范围内(如原子或分子尺度)发生微小位移。例如,电介质极化时,其表面或内部出现的正负电荷即为束缚电荷(也称极化电荷)。
特征 | 束缚电荷 | 自由电荷 |
---|---|---|
移动能力 | 仅限原子/分子内微小位移 | 可在导体或溶液中自由移动 |
存在介质 | 电介质(如玻璃、橡胶) | 导体(如金属)、电解质溶液 |
对外场响应 | 产生极化场,削弱原电场 | 形成传导电流或重新分布 |
典型示例 | 极化后的电介质表面电荷 | 金属中的电子、溶液中的离子 |
束缚电荷的存在解释了电介质如何影响电场分布,例如电容器中插入电介质可提高电容值。此外,极化电荷的退极化效应是电磁学中分析介质与电场相互作用的基础。
如需进一步了解数学推导(如极化强度与束缚电荷密度的关系),可参考教材或专业文献。
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