
【化】 bound charge
manacle; restrain; bind up; hold in leash; shackle; stranglehold; tie down
yoke; bondage
【機】 bind; binding
charge; electric charge; electricity
【化】 electric charge
【醫】 charge
束縛電荷(Bound Charge)是電介質材料中因極化現象産生的非自由移動電荷,其存在形式可分為極化面電荷(surface bound charge)和極化體電荷(volume bound charge)。該概念與自由電荷(free charge)形成對比,後者可在導體中自由遷移。
從微觀機制看,束縛電荷源于電介質内部原子或分子在電場作用下的極化響應。當外加電場存在時,電中性粒子的正負電荷中心發生相對位移(電子極化),或具有固有電偶極矩的分子發生取向排列(取向極化),從而在宏觀尺度表現出電荷分布變化。這種極化效應可用極化強度矢量P描述,對應的束縛電荷密度公式為: $$ sigma_b = mathbf{P} cdot mathbf{hat{n}} quad (text{面密度}) $$ $$ rho_b = - abla cdot mathbf{P} quad (text{體密度}) $$
在工程應用中,束縛電荷對電容器介質選擇、電磁波傳播分析等領域具有關鍵作用(參考:Feynman Lectures on Physics Vol.II)。其物理本質可通過經典電介質理論解釋,相關數學模型被廣泛應用于電磁場數值計算(參考:Jackson's Classical Electrodynamics)。
束縛電荷是電磁學中的重要概念,其定義和特性可綜合多個權威來源總結如下:
束縛電荷指電介質(絕緣體)内部的正負電荷,這些電荷受原子或分子間作用力的約束,無法自由移動,隻能在微觀範圍内(如原子或分子尺度)發生微小位移。例如,電介質極化時,其表面或内部出現的正負電荷即為束縛電荷(也稱極化電荷)。
特征 | 束縛電荷 | 自由電荷 |
---|---|---|
移動能力 | 僅限原子/分子内微小位移 | 可在導體或溶液中自由移動 |
存在介質 | 電介質(如玻璃、橡膠) | 導體(如金屬)、電解質溶液 |
對外場響應 | 産生極化場,削弱原電場 | 形成傳導電流或重新分布 |
典型示例 | 極化後的電介質表面電荷 | 金屬中的電子、溶液中的離子 |
束縛電荷的存在解釋了電介質如何影響電場分布,例如電容器中插入電介質可提高電容值。此外,極化電荷的退極化效應是電磁學中分析介質與電場相互作用的基礎。
如需進一步了解數學推導(如極化強度與束縛電荷密度的關系),可參考教材或專業文獻。
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