
【化】 polarization charge
bally; cruelly; extreme; fearfully; mighty; pole
【醫】 per-; pole; polus
【醫】 galvanic electricity; voltaic electricity
carry on one's shoulder; grateful; lotus
極化電荷(Polarization Charge)是電介質材料在外加電場作用下發生電極化時,内部形成的束縛電荷分布現象。其本質是介質内部正負電荷中心發生相對位移,導緻宏觀電荷分布不均勻。根據分布形式可分為兩類:
面極化電荷(Surface Polarization Charge)
在電介質表面出現的束縛電荷,其面密度公式為:
$$ sigma_b = mathbf{P} cdot hat{n} $$
其中$mathbf{P}$為極化強度矢量,$hat{n}$為表面法向單位矢量。該現象常見于平行闆電容器中的電介質表面。
體極化電荷(Volume Polarization Charge)
存在于非均勻電介質内部的束縛電荷,其體密度由公式:
$$ rho_b = - abla cdot mathbf{P} $$
描述。該效應在梯度折射率光學器件中具有重要應用。
極化電荷屬于非自由電荷,其産生源于原子/分子尺度上的電荷位移,與導體中的自由電荷存在本質區别。在工程領域,該概念對理解絕緣材料介電損耗、微波器件設計等關鍵技術問題具有指導意義。
參考來源:
極化電荷是電介質在外電場作用下産生的宏觀電荷,其核心特征是不能自由移動,屬于束縛電荷。以下從多個角度進行解釋:
極化電荷是電介質極化現象的産物。當電介質(如絕緣材料)置于外電場中時,其内部原本呈電中性的分子或原子會受電場影響,導緻正負電荷中心發生微小位移(如電子雲偏移原子核),形成微觀電偶極子。這些偶極子整體定向排列後,在電介質表面或内部不均勻處形成宏觀可見的正負電荷分布。
極化電荷密度與極化強度(描述電介質極化程度的物理量)直接相關。對于均勻極化介質,極化電荷僅出現在表面,其面密度公式為: $$ sigma_p = mathbf{P} cdot mathbf{n} $$ 其中$mathbf{P}$為極化強度矢量,$mathbf{n}$為表面法向量。
極化電荷會削弱原電場,這一特性被用于電容器設計。例如,插入電介質的電容器電容增大,正是由于極化電荷産生的反向電場部分抵消了極闆間的電場,從而允許存儲更多電荷。
将一塊玻璃(電介質)放入平行闆電場中,其上下表面會分别積累正、負極化電荷,而内部仍保持電中性。這些電荷無法被導線導出,但會改變周圍電場的分布。
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