关于极化电荷
极化电荷密度知识点
极化电荷密度知识点极化电荷密度是电荷在物质中极化过程中所形成的电荷分布密度。
它是研究材料极化性质的重要指标之一。
在本文中，我们将介绍极化电荷密度的概念、计算方法以及其在材料科学领域的应用。
一、概念极化电荷密度是指在材料极化时形成的电荷分布密度。
极化是指材料在外电场作用下，由于原子或分子内部电荷重新分布而产生的现象。
当外电场作用于材料时，材料中的原子或分子会发生电子的云层位移，从而形成极化电荷密度。
二、计算方法计算极化电荷密度的方法有多种，其中最常用的方法是从电子密度的变化进行计算。
电子密度是指单位体积内存在的电子数量。
在外电场作用下，电子云层的位移将导致电子密度的变化，进而形成极化电荷密度。
另外，利用分子动力学模拟方法也可以计算极化电荷密度。
通过模拟物质中的原子或分子在外电场作用下的运动规律，可以得到极化电荷密度的分布情况。
三、应用极化电荷密度在材料科学领域具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 能量储存和转换：极化电荷密度的变化可以影响材料的电导率和能量储存性能，因此在电池、超级电容器等能源器件中有重要应用。
2. 光电子学：极化电荷密度的变化可影响材料对光的吸收和发射能力，因此在光电子器件和光存储器件中有广泛应用。
3. 催化剂：极化电荷密度的分布可以调控材料的催化性能，因此在催化剂设计和优化中起着重要作用。
4. 材料设计：极化电荷密度可以揭示材料内部的电子转移和分布情况，对于材料设计和性能优化非常有价值。
四、总结极化电荷密度是描述材料极化性质的重要指标，其概念和计算方法都与电子密度有关。
在材料科学领域，极化电荷密度的研究具有重要的理论和应用价值。
通过研究极化电荷密度的变化规律，可以深入理解材料的物理性质，并为材料设计和性能优化提供重要参考。
希望本文能够向读者清晰地介绍极化电荷密度的概念、计算方法和应用领域，并为相关领域的研究者提供一些参考和启发。
通过进一步的研究和应用，相信极化电荷密度将在材料科学领域发挥更大的作用。
电位移矢量习题解答
A.
q( 4π a2
0
)
B.
q( 4π a2
0)
C.
q 4π 0a 2 (
0
)
D.
q 4π 0a 2 (
0)
解析：本题考查产生静电场的源，即自由电荷和极化电荷 习题难度：难 由极化结果可知，介质表面的电场可以看成是点电荷q 及极化电荷( 4πa2 ) 在
真空中产生的电场，即：
q ( 4πa2) E 4π 0 a2 4π 0 a2
该电场也可用高斯定理直接求得： E q 4π a2
二者应相等，即： a2
解得：
q 4π
( a2
0
)
2
y
B.
f
4 y z
z4x
4xy z2
C.
f
4y z3
(x2
z2
)
D.
f
4 y z
2x2 z2
解析：本题考查静电场基本方程 D f 习题难度：易
f
D
4y z
4x2y z3
4y z3
(x2
z2
)
5. 一点电荷q 放在无界均匀介质中的一个球形空腔中心，设介质的介电常数为 ，
空腔的半径为a ，则空腔表面的极化电荷面密度( )
解析：本题考查电介质中 P 与 E 的关系，基本知识点 习题难度：易 在线性、各向同性的电介质中，极化强度与电场强度的关系也是线性的，且 P 0E ，其中 称为电极化率，无量纲。
1
4.
已知
D
4xy z
ex
2x2 z
ey
2x2 z2
y
ez
，则其相应的体电荷密度为(
)
A.
f
空间电荷极化
－
O
d
r
+
空腔表面上的电荷密度： －P cos 绿环所对应的微小环球面的表面积dS:
dS=2rsin rd
dS面上的电荷为： dq= －P cosdS
根据库仑定律：dS面上的电荷作用在球心单位正电 荷上的P方向分力dF： dF= －（－PcosdS/4o r2 ) cos 由 qE=F 1×E=F E=F dE= Pcos2dS/4o r2 = (2rsind)(Pcos2/4o r2 ) =Pcos2 sin /2o r2 d 整个空心球面上的电荷在O点产生的电场为： dE由0到的积分 洛伦兹场E2 ： E2 = P /3o
各种极化形式的比较有随温度升高而减小直流高频结构不均匀的材料空间电荷极化有随温度变化有极大值直流超高频有机转向极化有随温度变化有极大值直流超高频高价金属氧化物电子位移松弛极化有随温度变化有极大值直流超高频离子不紧密的材料离子松弛极化很弱温度升高极化增强直流红外离子结构离子位移极化无无关直流光频一切陶瓷电子位移极化能量消耗与温度的关系极化的频率范围极化的电介质种类极化形式空间电荷极化松弛极化离子极化电子极化工频声频无线电红外紫外极化率或
离子位移极化
离子位移极化模型
感生的电偶极矩为： =q(δ+－ δ -) = iEloc
正离子受到的弹性恢复力：-k(δ+ － δ -) 负离子受到的弹性恢复力： -k(δ- － δ +) 运动方程： M+a= - k（δ+ － δ -)+qEoe it M-a=- k(δ- － δ +) +qEoe it 得： M*=M+M-/(M++M-) 弹性振子的固有频率 ： o=(k/M*)1/2 离子位移极化率： e =[1/(o2－ 2)]q2/M* 0 静态极化率： i =q2/M* o2= q2 k
13-2 极化强度和极化电荷
第章 11章 静电场 第13 电介质
库仑定律 13-2 11-2 极化强度和极化电荷
3 电介质表面极化电荷面密度 小面元dS对面内极化电荷的贡献 内
dS
P
dq P dS
穿出小面元dS形成面分布的电荷
l
dS
dq P dS P n dS
dq Pn P n dS n 介质外法线方向 Pn
库仑定律 13-2 11-2 极化强度和极化电荷
13.2.1 电极化强度
V
电偶极子排列的有序程度反映了 介质被极化的程度，排列愈有序 说明极化愈强烈
宏观上无限小微观上 无限大的体积元
第章 11章 静电场 第13 电介质
库仑定律 13-2 11-2 极化强度和极化电荷
定义
P lim
V 0
S
dS
第章 11章 静电场 第13 电介质
库仑定律 13-2 11-2 极化强度和极化电荷
1 小面元dS对面S内极化电荷的贡献
在dS附近薄层内认为介质均匀极化
dq qnl 子数 密度 n
dS
PdS cos
P
V l dS cos
P dS
第章 11章 静电场 第13 电介质
例一均匀介质球发生均匀极化，已知极化强度为 P ，求 极化电荷在中心产生的电场。 解：
P cos
dq dE 4π 0 R 2
P +
dE
+
dEz dE cos
dq cos 2 4π 0 R (2 RSin )( Rd ) dEz cos 2 4π 0 R
P Ez dEz 3 0
3.4极化电荷
的偶极子都有相等的偶极矩p，即p与P平行。
在dS 两侧作两个 与dS 平行的面元 dS1及dS2，它们
与dS 的垂直距离都为l cos 2 。dS1、dS2加上两个侧
壁围成一个夹层，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q 无贡献。
P
设介质中单位体积内的分子数为 n，则夹层的体积为
习题： 3.4.1；3.4.5；3.4.6
n ΔS1 1
ΔS2
ΔS h
n2
介质1
n2
介质2
放大图
“薄层”内的极化电荷由三部分组成
q qS1 qS 2 qS侧
ΔS1
∵
h S1 S2
ΔS2
∴
qS侧
qS1 qS 2
，将qS侧忽略
n1(n)
ΔS
n2
放大图
介质1
S
介质2
由 dq P dS 得
-+
n
-
-
R
-
O
A+ + θ P
+ +
z
-
+
-
+
-+
2
d
P cos R2 sin d cos
0
0
4 0 R 2
2 P cos2 sin d d 1 P cos2 d cos
0
4 0
20 0
P
3 0
P
E 的方向为z轴负方向，大小为 3 0 。
-
左半球在2、3象限 ， 0
-+
液晶面板极化电荷缓慢释放的分析
—
３ 慢 电荷 的释 放
利 用 电介 质 的慢 极 化 自由弛 豫 理 论 可 以解 释 聚 集 电荷 的缓 慢释 放 ，李 景 德等 已经 用 实验 证 明 了 电介质 介 电效 应 中 存在 快 和 慢 两 种 效应 ，介 电慢 效应 与 物 质 的体 系 自 由边 界 有 关 ， 实验 研 究 证 明 慢极 化 效 应 来 源于 电介 质 的 二级 和 三 级 结 构 带 的束 缚 空 间电荷 或局 域偶 极矩 的运动 。 有关 线型 参数 和 响应 时 间｝ ２ ４ 的理 论 实 验 已经 证 明 ，慢效 应 和 样 品 的形 状 尺 寸 是 有 关 的 。如
但 不 遵从 麦 克 斯 韦 理论 ，释 放 速 度缓 慢 ，会 持 续数 小 时 之 久 ， ▲Ｔ● 称 为 慢 电荷 ，文 章 主要 利 用 电介质 的慢 极 化 自由弛 豫 理 论 来 分 ，
简 化 处理 时 可 以 只考 虑 一种 扩 散 机构 。 设 ， 较 大 ，则 可 以认 为
（ ：。 ， －ｔ６ ）Ｊ ｔ ￣ （ ｃ ）ｔ ） ｅｄ
令ｍ ｘｚ＝ｉ ｒｘｆ 带 ２ 、（ ） ５ ， ｒ－／ ， 入（ ） ４ 、（ ） ） ｏ （ ）
式 ，得 到 ７
ｆ
ｍｘ ） ０ ｍ０ ） ｒ （） （ ０： ， （ ｆ ／ ８ ， ，＝ ｏ
寸有 关 的结论 。
１ 施 加一 足 电场 的液 晶层
经足 够 长时 间 ，体 系回 复到平 衡 态时
２ 理论 基础
两 种 不 同 电 介 质 施 加 一 定 电 场 ， 会 引 起 介 质 表 面 极 化 ，此 时 电极 表 面 要 生 成 三 种 电荷 ，总 电 荷 为 ：
介质 表面 极化电荷分布
介质表面极化电荷分布介质表面极化电荷分布引言：在物理学中，介质是指一种能够传导电磁波的物质。
在介质中，原子或分子会受到电场的作用而发生极化，形成表面极化电荷分布。
本文将详细探讨介质表面极化电荷分布的原理、特点及其在应用中的重要性。
一、介质极化的原理介质的极化是指在外电场的作用下，介质中的原子或分子发生形变，从而产生极化电荷。
在电场的作用下，正电荷和负电荷的分离会在介质的表面上形成极化电荷分布。
这种极化是由于电场对介质中正负电荷的相互作用力使原子或分子产生位移，进而改变了介质的电荷分布。
二、介质表面极化电荷分布的特点1. 极化电荷分布的方向：在外电场的作用下，介质表面极化电荷分布的方向与电场方向相反。
正电荷会被吸引到电场的负极，负电荷会被吸引到电场的正极，从而在介质表面形成极化电荷分布。
2. 极化电荷分布的强度：极化电荷分布的强度与外电场的强度和介质的性质有关。
一般来说，外电场的强度越大，介质的极化程度越高，极化电荷分布的强度也越大。
3. 极化电荷分布的形态：介质表面极化电荷的分布形态取决于介质的形状和外电场的分布。
在均匀电场中，介质表面的极化电荷分布呈现均匀分布的形态。
三、介质表面极化电荷分布的应用1. 电容器：电容器是一种利用介质表面极化电荷分布来存储电荷的装置。
当电容器两极板之间夹有介质时，介质表面会产生极化电荷分布，从而增加了电容器的电容量。
2. 光学器件：光学器件中的介质表面极化电荷分布对光的传播和调控起着重要作用。
例如，偏振片就是利用介质表面极化电荷分布的特性，通过选择性吸收与偏振方向垂直的光线来实现光的偏振。
3. 电子学元件：在电子学元件中，介质表面的极化电荷分布可以影响电流的传导和电磁波的发射。
例如，介质表面极化电荷分布可以改变晶体管的电流放大倍数，从而实现电子信号的放大。
4. 电磁屏蔽：介质表面极化电荷分布对电磁波的传播起着重要的屏蔽作用。
通过选择合适的介质材料，可以在电磁波传播过程中吸收或反射电磁波，从而实现电磁屏蔽效果。
大学物理电磁学部分07 电介质的极化和介质中的高斯定理
0 0 d' (d d' ) d' d d' 0 0 r r
20
0S
例3：平行板电容器极板面积为 S，充满r1、r2 两种 介质，厚度为 d1 、 d2。 ①.求电容 C；②.已知板间 电压 U，求 0、E、D。 d d
解： ①.设电容带电量 q
1
2.电位移矢量 •电位移矢量是为消除极化电荷的影响而引入的辅助物 理量，它既描述电场，同时也描述了介质的极化。 方向：与介质中的场强方向相同。单位：库仑/米2，
def 定义：电位移矢量 D 0 E P
e 称为电极化率或极化率，
中它是一个纯数。
对于大多数各向同性的电介质而言，极化强度 P 与 电场 E 有如下关系：P e 0 E
注意：决定介质极化的不是原来的场 E 而是介质内实 0 际的场 E 。 E '又总是起着减弱总场 E 的作用，即起着减弱极化
的作用，故称为退极化场。
10
任一点的总场强为： E E0 E'
总结： 在外电场 E 作用下，电介质发生极化；极化强 0 度矢量 P和电介质的形状决定了极化电荷的面密度 ， 而 又激发附加电场 E E ， 又影响电介质内部的总电 场 E ，而总电场又决定着极化强度矢量 P 。 各物理量的关 E p Pn 0
2
q q C U ab E1d1 E2d2
0 0 d1 d2 d1 d2 0 r1 0 r 2 r1 r 2
D D左底 D右底 D侧 D左底 0 导体内 D=0
D D右底 右底 D1dS cos
D D dS q0
极化电荷 -回复
极化电荷 -回复
极化电荷是指在外界电场的作用下，分子或物质内部的正负电荷在空间分布上发生偏移，从而形成极化现象。
例如，当外界电场作用于非极性分子时，电场会使分子中的正负电荷在空间上移动，导致分子整体呈现出一个局部的正负极性。
这种由外界电场引起的电荷移动现象就是极化电荷。
极化电荷的产生与外界电场的作用有关，当外界电场作用于物质时，正负电荷之间的相互作用力受到扰动，在这个扰动作用下，电子云的分布产生偏移，从而形成极化电荷。
极化电荷在物理、化学、材料科学等领域中都具有重要意义。
例如，极化电荷是描述介质性质的重要参数之一，可以用来解释介质对电场的响应以及介质中的电磁波传播等现象。
此外，极化电荷还与材料的电导率、电介质常数、极化率等物理性质相关，进而影响材料的导电性、绝缘性、光学性能等方面的特性。
总之，极化电荷是指物质中正负电荷在外界电场作用下发生的偏移现象，是很多物理、化学现象及材料性质的基础。
极化强度与极化电荷的关系
三、极化强度与极化电荷的关系极化电荷是由于电介质极化所产生的，因此极化强度与极化电荷之间必定存在某种关系。
可以证明，对于均匀极化的情形，极化电荷只出现在电介质的表面上。
在极化了的电介质内切出一个长度为l 、底面积为δs 的斜柱体，使极化强度p 的方向与斜柱体的轴线相平行，而与底面的外法线n 的方向成θ角，如图9-31所示。
出现在两个端面上的极化电荷面密度分别用+σ'和-σ'表示。
可以把整个斜柱体看为一个“大电偶极子”，它的电矩的大小为(σ'δs )l ，显然这个电矩是由斜柱体内所有分子电矩提供的。
所以，斜柱体内分子电矩的矢量和的大小可以表示为,斜柱体的体积为,根据式(9-57)，极化强度的大小为.由此得到σ' = p cos θ = p n ,或者,(9-58)图9-31式中p n是极化强度矢量p沿介质表面外法线方向的分量。
式(9-58)表示，极化电荷面密度等于极化强度沿该面法线方向的分量。
对于图9-31中的斜柱体，在右底面上θ<π/2，cosθ>0，σ'为正值；在左底面上θ>π/2，cosθ< 0，σ'为负值；而在侧面上θ= π/2，cosθ= 0，σ'为零值。
为了得出极化强度与极化电荷更一般的关系，我们任作一闭合曲面s，与极化强度为p 且沿轴线方向极化的电介质斜柱体相截，截面为s'，如图9-32所示。
在闭合曲面s上取面元d s，以d s乘以式(9-58)等号两边，并对整个曲面s积分，得.上式等号右端是闭合曲面s上极化电荷的总量，而这些极化电荷都处于s与介质相截的截面s '上，我们以表示之。
另外，无论电介质是否极化，其整体总是电中性的，既然在s面上出现了量值为的极化电荷，那么s面内必定存在着量值为-的极化电荷。
所以，下式必定成立(9-59)上式表示，极化强度沿任意闭合曲面的面积分(即p对该闭合曲面的通量)，等于该闭合曲面所包围的极化电荷的负值。
极化电荷和自由电荷的区别
极化电荷和自由电荷的区别极化电荷和自由电荷是电荷的两种不同形式。
它们在电磁学中起着重要的作用，但它们之间有一些明显的区别。
首先，极化电荷是指在一个非导体物质中由于外界电场的作用而引起的电荷分布不均匀现象。
当一个非导体物质置于外界电场中时，物质内部的正负电荷将发生位移，使得物质的一个面或一个方向上出现正电荷，而另一个面或方向上出现负电荷。
这种电荷分布不均匀的现象就是极化。
极化电荷是由于物质内部的电偶极矩引起的，所以也可以称为电偶极矩诱导的电荷。
极化电荷的存在使得物质在外界电场作用下发生相应的变化，如介质的折射、反射、透射等现象。
与极化电荷相对应的是自由电荷。
自由电荷是指能够在导体中自由移动的电荷。
在导体中，电子是带负电荷的粒子，当导体受到外界电场的作用时，导体内部的自由电子将受到力的作用而发生移动。
这种移动形成了导体内部的电流。
自由电荷是通过导体内部的电流来传递和储存能量的。
在导体中，自由电子可以自由地移动，所以称为自由电荷。
极化电荷和自由电荷之间最明显的区别在于它们所处的物质状态不同。
极化电荷存在于非导体物质中，而自由电荷存在于导体中。
非导体物质通常是由分子或原子组成的，它们之间通过共价键或离子键相互连接。
当外界电场作用于非导体物质时，分子或原子内部的正负电荷发生位移，形成了极化电荷。
而导体是由大量自由电子组成的，这些自由电子可以在导体内部自由移动。
当外界电场作用于导体时，导体内部的自由电子会受到力的作用而发生移动，形成了自由电荷。
另外，极化电荷和自由电荷在物理性质上也有一些不同。
极化电荷是由于物质内部的分子或原子发生位移而产生的，所以它们之间的相互作用力比较弱。
而自由电荷是通过导体内部的自由电子来传递和储存能量的，所以它们之间的相互作用力比较强。
此外，极化电荷通常只在外界电场作用下才会出现，而自由电荷则可以一直存在。
总结起来，极化电荷和自由电荷是两种不同形式的电荷。
极化电荷存在于非导体物质中，并且是由于外界电场作用引起的；而自由电荷存在于导体中，并且是通过导体内部的自由电子来传递和储存能量的。
光催化材料体系中的电荷极化调控
光催化材料体系中的电荷极化调控众所周知,随着现代工业的迅速发展,煤炭,石油,天然气等传统能源面临着枯竭的危险,同时,这些传统能源的大规模利用也给环境带来了巨大的污染,比如温室效应,酸雨,雾霾等的出现。
而解决能源和环境问题也成为我国的重大需求。
这些都迫切的需要我们发展并充分利用可再生能源,这包括对潮汐能,风能,地热能,太阳能等的利用。
而在这些可再生能源中,太阳能由于其地域广泛性和能源丰富性被认为是最有前景的能源。
那么,我们如何更加高效的,充分的利用太阳能成为目前最为热门的科学研究方向之一。
幸运的是,在上世纪七十年代,日本科学家Fujishima以及合作者Honda在Ti02电极上发现了光催化水解离的现象。
也由此开启了人类对太阳能的转化和利用的新篇章。
光催化技术可以利用太阳能将大自然中的水,或者引起温室效应的二氧化碳,经过催化剂表面的氧化还原反应转化成氢气或者甲烷等能量载体。
该技术不仅利用太阳能作为动力驱动催化反应发生,同时,将太阳能转化成氢气等以化学能形式储存。
还有更重要的一点,氢气是清洁能源载体,其被利用后的产物是水,又可以经过太阳能转化成氢气,以此循环利用。
而CO2的转化更是变废为宝的过程,不仅消除了污染环境的元凶,更是变成了甲烷,乙醇等便利储存的化学能。
所以,可以说光催化技术在新能源的开发和环境污染的治理方面都具有巨大的应用前景。
光催化技术的核心和载体就是光催化材料。
所以,光催化材料的发展成为了影响太阳能高效利用的关键所在。
然而在光催化材料的研发过程中,实验人员广泛应用的方法就是试错模型,即,通过反复实验合成不同的光催化材料,然后测其性能,进行优胜劣汰的选择。
这样的方式就造成了新型光催化材料的研发周期长,研发的成本也随之增高。
同时,这些合成的废弃品也会给环境带来压力,造成难以降解的污染物。
这就迫切需要我们寻找更加便捷,且环境友好型的方式来开发新型光催化材料。
庆幸的是,量子化学方法和超级计算机技术的迅猛发展,为我们利用理论方法来设计新型光催化材料打下了坚实的基础。
介质 表面 极化电荷分布
介质表面极化电荷分布以介质表面极化电荷分布为题目，我们来探讨一下介质表面极化电荷的形成原理和分布情况。
介质是指一类物质，其分子或原子之间有一定的结构和相互作用力。
当外加电场作用于介质时，介质内的分子或原子会发生极化现象，即分子或原子的正负电荷中心发生位移，形成一个电偶极子。
这个电偶极子的形成是介质表面极化电荷产生的基础。
介质表面极化电荷的分布情况通常取决于介质的性质和外加电场的强度。
一般来说，介质的表面极化电荷分布可以分为均匀极化和非均匀极化两种情况。
在均匀极化情况下，介质内的各个分子或原子都能够受到外加电场的均匀作用，使得它们的正负电荷中心发生位移，并形成一个均匀的电偶极子分布。
这样，介质表面的极化电荷分布就呈现出均匀的特点。
而在非均匀极化情况下，介质内的分子或原子受到外加电场的不均匀作用，使得它们的正负电荷中心发生位移的程度不同，从而形成一个非均匀的电偶极子分布。
这样，介质表面的极化电荷分布就呈现出非均匀的特点。
需要注意的是，介质表面极化电荷的分布并不是一成不变的，它会随着外加电场的变化而变化。
当外加电场的方向改变时，介质表面极化电荷的分布也会相应地改变。
这是因为外加电场的变化会引起介质内部电荷的重新分布，从而使得介质表面的极化电荷分布发生变化。
介质的性质也会对表面极化电荷分布产生影响。
不同的介质具有不同的分子或原子结构，因此在外加电场作用下，它们的表面极化电荷分布也会有所不同。
比如，极性分子的极化电荷分布往往比非极性分子更加明显。
而对于非极性分子，其极化电荷分布往往较弱或不明显。
总结起来，介质表面极化电荷分布是由外加电场和介质内分子或原子的相互作用所决定的。
它可以呈现出均匀或非均匀的特点，随着外加电场的变化而变化。
不同的介质具有不同的极化电荷分布情况，这取决于介质的性质和分子结构。
通过对介质表面极化电荷分布的研究，我们可以更好地理解介质的电学性质和相互作用机制，为相关领域的应用提供理论基础。
极化电荷和自由电荷
极化电荷和自由电荷
极化电荷和自由电荷是电子学中的重要概念，两者都与电场、电压以及其他电学概念有关。
它们是物理场论中最基本的电子事物，是任何器件工作所必需的重要组成部分。
极化电荷是固体材料原子核内电子层感应出来的荷电，它们遵循相同的正负极性偶然而又均匀地存在，无论是由于内部原子运动或外部影响都不变，所以极化电荷也称为有效静电荷，它的浓度与表面化学作用有关。
而自由电荷是非固体物质中独立的电离荷子，在电介质中是空间分布的,它们可以由外部电场来改变数量，因此又被称为有效自由电荷。
极化电荷和自由电荷的关系可以通过两个重要概念来描述：极化电荷和自由极化电荷。
总的来说，只有自由的极化电荷才能产生电流流动，而极化电荷则不具有流动能力，它仅仅能产生静电力场。
极化电荷可以使材料变得导电，而自由电荷则可以发生电子的质量转移，从而拉动极化电荷，把电子流动到其他位置。
极化电荷和自由电荷的另一个重要特征是绝缘体力学效应，即静电力与电阻物体之间的相互作用，当材料或者液体中存在一定量的自由电荷时，它们将产生静电力加大电压，从而穿透绝缘阻抗层，导致电火花的产生。
总的来说，极化电荷和自由电荷都是电学中最基本的电子事件，它们在电子学研究中具有重要意义。
比如，运用它们可以了解电压、电场和其他电学现象，甚至用于实际研究，如机器学习、AI、自动驾驶等等。
因此，极化电荷和自由电荷不仅仅是对电学感兴趣者必不可少的基本知识，也被视为现代电子与现代宇宙科学技术的核心支柱。
实心带电介质球极化电荷分布的探讨
2021年9期188实心带电介质球极化电荷分布的探讨马青山（新疆大学物理科学与技术学院，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830046）一、引言众所周知，现实物理世界中的物质是由分子组成的，而根据电磁属性的不同，可以将组成物质的分子分为无极分子和有极分子。
在没有外加电场作用的情况下，无极分子由于正负电荷中心重合，因此对外不显电性；而对于有极分子，因为每一个分子的正负电荷中心不再重合，因此都具有一个固有的电偶极矩，但是对于各向同性的介质，分子的固有电偶极矩方向的取向具有各向同性，因此对外也不显电性。
但是，当存在外电场存在的情况时，介质中的带电粒子将会受到外电场的力的作用。
对于无极分子，由于电场力的作用，正负电荷的中心不再重合而发生相对移动，即相对位置的改变，进而会形成电偶极矩，由于外加电场具有确定的方向，这就导致由外加电场作用而产生的电偶极矩的方向趋于平行排列，从宏观上来看，就会对外显现电性；对于有极分子，在外加电场的作用下，所有有极分子所具有的固有的电偶极矩的方向取向会因为力矩的作用而发生偏转，结果导致电偶极矩的方向趋向于平行排列，这样就会对外显现电性,这就是介质的极化过程[1-2]。
为了描述对于由于外电场作用而产生的介质的极化程度，我们引入极化强度矢量来描述这个作用。
因为当存在外电场作用的时候，介质会由于电场和介质的相互作用而被极化，而且在这个过程中在介质的内部以及介质的表面都将会出现宏观的电荷分布，我们把这种由于极化现象而产生的电荷称为极化电荷。
在电磁学及电动力学的学习和应用中，求解介质的极化强度及极化电荷分布是非常重要的一类问题。
实际求解介质中的极化强度以及极化电荷分布是一个比较复杂的问题[3]。
在教学过程中或是一般情况下，我们求解带电介质球的空间极化电荷分布时，都是直接运用高斯定理来求解。
但是在利用高斯定理求解极化强度及极化电荷分布问题时，我们只考虑了在外电场作用下的一重极化，而没有考虑由于一重极化而产生的电场对于介质中的电荷又会产生新的力的作用，即可能存在的二重及以上级数的极化，也就是我们一般求解这类问题时不考虑二重及二重以上的极化。
极化电荷和自由电荷的电场大小
极化电荷和自由电荷的电场大小电荷是物质的一种性质，可以表现为正电荷或负电荷。
在物理学中，电荷主要分为两种类型：极化电荷和自由电荷。
它们都能产生电场，但它们的电场大小有所不同。
首先，让我们来了解一下极化电荷。
极化电荷是指在电场的作用下，微小的分子或原子内部发生电荷的重分布。
简单来说，当极化电荷所在的物质受到外界电场的作用时，电荷在分子或原子内部重新排列，形成正负电荷分离的状态，从而产生电偶极矩。
这种电偶极矩会产生电场，电场的大小与电偶极矩成正比。
需要注意的是，极化电荷只存在于微观颗粒中，而不会离开微观颗粒。
然后，我们来看看自由电荷。
自由电荷是指能够离开原子或分子束缚的电荷。
当物体上存在自由电子或离子时，它们可以自由移动并形成电流。
而电流产生的过程中，自由电荷会产生电场。
与极化电荷不同的是，自由电荷可以独立存在于物体之外，并且能够在电场的作用下被吸引或排斥。
关于电场大小，对于极化电荷而言，它的电场强度取决于电偶极矩的大小和距离。
电偶极矩越大，电场强度就越大。
而对于自由电荷来说，根据库仑定律，电场强度与电荷量成正比，与距离平方成反比。
也就是说，电荷量越大，电场强度就越大；而距离越远，电场强度就越弱。
在实际应用中，极化电荷和自由电荷都扮演着重要的角色。
极化电荷主要存在于介质中，如水、玻璃等。
在光学设备和电容器中，极化电荷的电场效应起到了重要的作用。
而自由电荷则广泛应用于电路中，如电流的传导、电容器的充放电等。
总之，极化电荷和自由电荷都可以产生电场，但电场大小的计算方式略有不同。
极化电荷的电场强度与电偶极矩成正比，而自由电荷的电场强度与电荷量成正比，与距离平方成反比。
认识这两种电荷的特性和电场大小的计算方法，有助于我们更好地理解电学现象，为实际应用提供指导。
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关于极化电荷
1、说说极化电荷与自由电荷的区别。
约束在电介质的分子、原子范围内的电荷因受到外电场作用而发生集体微观位移，结果在电介质表面出现净余的面电荷层，甚至在电介质内部出现净余的体电荷分布，这种电荷加做束缚电荷，也叫做极化电荷。
叫做束缚电荷，是因为这种电荷被捆绑在电介质表面或者内部，不能用与导体接触的方式取出来，也不能用与导体接触的方式加进去。
叫做极化电荷，是因为这种电荷是电介质在电场中发生极化而出现的。
自由电荷是导体内受到的约束微弱的电荷，在电场的作用下，它们能够在整块导体中移动。
自由电荷能够用与导体接触的方式取得出来，也能够用与导体接触的方式加得进去。
2、极化电荷能影响电位移的分布吗？
能。
比如在带电导体的周围放入一块电介质，那么电介质就发生极化，并且导体周围的电场分布将发生改变，电位移的分布也将发生改变，这就说明电介质上的极化电荷能影响电位移的分布。
1、电介质内部能出现体分布的极化电荷吗？
能。
体极化电荷密度与极化强度的关系是
P P
ρ=-∇⋅ 。
2、从激发电场的角度来说，极化电荷与自由电荷有区别吗？
没有区别。
大理大学工程学院教授罗凌霄
2020年3月18日
1。