[科普中国]-束缚电荷

简介

电介质极化后可在电介质内部和表面上产生附加电荷，由于这种电荷不像导体中的自由电荷那样可用传导的方法引走，它在电场力作用下只能在原子或分子范围内做微小位移，故称作束缚电荷或极化电荷。

它不像导体中的自由电荷能用传导方法将其引走,在外电场中，出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。

束缚电荷与极化强度的关系（1）在均匀电介质内部，束缚电荷彼此抵消，束缚电荷仅出现于介质表面。均匀介质极化时，其表面上某点的极化电荷面密度，等于该处电极化强度在外法线上的分量。电介质产生的一切宏观效果都是通过未抵消的束缚电荷来体现。下面导出束缚电荷分布与极化强度的关系。

通常定义为介质外法线方向。

表面：

介质内部：

因为，所以。

(2)在非均匀电介质中，有束缚电荷的积累。在电场中，穿过任意闭合曲面的极化强度通量等于该闭合曲面内极化电荷总量的负值。

表面：

内部：

。

在任一曲面内极化电荷的负值等于极化强度的通量。1

束缚电荷体密度与极化强度的关系在介质中取一任意形状的体积V，V的边界面为S，下面求V内的极化电荷量q'。

若V趋于物理无限小，则比值就是该点的束缚电荷体密度。

分析：那些被V的边界面S截为两段的偶极子对极化电荷q'有贡献。

在S上取一个小面元dS，其上与该点同向，并假设与面元法向夹角为。

dS很小，认为其上各点相同，并认为dS附近的偶极子都有相等的偶极矩。

在dS两侧作两个于dS平行的面元dS1和dS2，他们与dS的垂直距离都为，显然，中心在夹层内的偶极子一定被dS所截，对极化电荷q'有贡献，中心在夹层外的偶极子对极化电荷q'无贡献。

设介质中单位体积内的分子数为n，则夹层的体积为；

中心在夹层内的偶极子数（分子数）为；

所贡献的电荷量为。2