電荷密度是電磁學(xué)里用來描述電荷分布的疏密程度的度量。電場強(qiáng)度的散度等于電荷體密度除以介電常數(shù),因此電荷密度等于電場強(qiáng)度乘以介電常數(shù),故電荷密度和電場強(qiáng)度的關(guān)系是電場強(qiáng)度越大電荷密度越大??梢苑诸悶榫€電荷密度、面電荷密度、體電荷密度。
固體帶電時,電荷分布在表面,固體尖端處面電荷密度最大。流動液體的電荷則混雜在液體之中。粉體帶電狀況隨粉體的分散、懸浮、沉積而隨機(jī)變化。氣體帶電是氣體中懸浮的粉體狀顆粒(如水分,雜質(zhì))帶電。由于在大自然里,有兩種電荷,正電荷和負(fù)電荷,所以,電荷密度可能會是負(fù)值。電荷密度也可能會相依于位置。
電荷密度跟電荷載流子密度是不同的概念。電荷載流子是可自由移動的帶有電荷的微粒,如金屬中的電子,溶液中的離子,在半導(dǎo)體中由于電子流失導(dǎo)致共價鍵留下的空穴。電荷載流子密度是單位體積的載流子。
假設(shè)電荷分布于一條曲線或一根直棒子,則其線電荷密度是每單位長度的電荷密度,單位為庫侖/米 (coulomb/meter) 。面分布的電荷用電荷體密度來量度,電荷分布在物體表面,其面電荷密度是每單位面積的電荷密度,單位為庫侖/米^2。體分布的電荷用電荷體密度來量度,電荷分布于一個三維空間的某區(qū)域或物體內(nèi)部,其體電荷密度是每單位體積的電荷量,單位為庫侖/米^3。
當(dāng)帶電體上的電荷體分布時,定義電荷體密度,公式式中的Δv是帶電體內(nèi)的小體積元,Δq是Δv中的電量。顯然,ρ在數(shù)值上等于帶電體中單位體積內(nèi)的電荷量。ρ的單位是C/m3。
假設(shè)電荷分布于一個平面或一個物體的表面,則其面電荷密度是每單位面積的電荷密度,單位為庫侖/米^2。假設(shè)電荷分布于一個三維空間的某區(qū)域或物體內(nèi)部,則其體電荷密度是每單位體積的電荷量,單位為庫侖/米^3。
它們的關(guān)系是:線密度X長度=面密度X橫截面積=體密度X體積
在自然界中,只存在兩種電荷,正電荷和負(fù)電荷。任何帶電體的電量都只能是電子電量的整數(shù)倍。{墾是由千電子電量非常小,其模值為1.60×10-19庫侖(C),故從宏觀統(tǒng)計角度來看,可以認(rèn)為帶電體的電量是連續(xù)變化的,電荷也是可以連續(xù)分布的。
帶電體中任一點(diǎn)Q的附近取一小體積元dt, 其中所含電量為dq,則比值 定義為在O點(diǎn)的體電荷密度p,即單位體積的電量:p=dq/dt
面電荷密度:在準(zhǔn)無窮小面積元A的給定點(diǎn)上,等于面積元上總電荷Q除以面積A。標(biāo)量,符號“σ”。
線電荷密度(linear charge density)指在準(zhǔn)無窮小長度線元s的給定點(diǎn)上的條件,等于線元內(nèi)總電荷Q除以線元長度s的比值。
s。標(biāo)量,符號“τ”。
人們從化學(xué)實(shí)踐出發(fā),對分子的電子結(jié)構(gòu)一直非常關(guān)注。多年來,人們總是想探討分子中原子的性質(zhì),特別是分子中原子的凈電荷,提出了各種計算方法,并進(jìn)行了不斷地改進(jìn),然而至今都還不能令人滿意。特別是原子凈電荷劃分、計算還遠(yuǎn)不夠完善合理,使得凈電荷有時與實(shí)驗(yàn)的預(yù)期相差太遠(yuǎn),許多凈電荷異常到不可思議的地步,致使人們對量化計算出的電荷失去信心。
在量化圖形中,電子密度差Δρ尤其重要!它應(yīng)是傳統(tǒng)的原子凈電荷概念的擴(kuò)大和空間化,它直接從MO而來,真實(shí)地、科學(xué)抽象地表現(xiàn)了電荷在分子空間分布的凈變化,不再只將凈電荷人為地局限、歸結(jié)、劃分在某個原子上。
我們?nèi)绻麅H看分子軌道圖、電子密度圖,象上面的HF分子的σ鍵電子密度圖,它是據(jù)HF分子第3個MO即σ鍵作的電子密度圖,它們那么渾圓、憨厚、質(zhì)樸,很難看出什么。它是一片云,難察其意。而一旦作出了電子密度差,成鍵原子前后變化、分子之間絡(luò)合、氫健、吸附等,電子增減的凈變化,被鮮明地、細(xì)微地突出了,可以發(fā)現(xiàn)許多新東西、意想不到的東西,從而引人入思。
電荷密度差定義為:
delta_RHO = RHO_sc - RHO_atom
1. 自洽得到總的電荷密度(RHO_sc)
2. 仍然用原來自洽計算時的四個輸入文件,但I(xiàn)NCAR中需要設(shè)置ICHARG=12,NSW=1,和NELM=0,其他設(shè)置不變,得到原子的電荷密度(RHO_atom)