Polarizáció (dielektromos)

A polarizáció (pontosabban a polarizációs vektor ) egy makroszkopikus fizikai mennyiségi vektor, amelyet a dielektromos anyagtulajdonságok tanulmányozására használnak . Megjelöli az elektrosztatikus dipólus momentum térfogatsűrűségét . Egysége a nemzetközi rendszerben C / m 2 . Ezt a koncepciót Faraday vezette be, miközben tanulmányozta az elektromos szigetelők viselkedését az elektrosztatikus mezőkben.

Tökéletes dielektrikumban nincsenek szabad elektromos töltések. Különösen az alkalmazott elektromos tér nem okoz elektromos áramot . De a kapcsolódó elektromos töltések valószínűleg kis távolságokon mozognak, vagy elektromos mező hatására rezegnek : ekkor polarizáció jelenik meg.

Típusok

Mikroszkópos szempontból számos jelenség fordul elő elektromos mező hatására:

az elektronfelhő elmozdulásából és deformálódásából fakadó elektronikus polarizáció, ezt a polarizációt általában nagyon rövid idő alatt (~ 10 -15 s ) állítják be .
A polarizált atomi vagy ionos miatt elmozdulásait atomok vagy ionok, az utóbbi is van egy nagyon rövid beállási idő (~ 10 -13 10 -12 s ).
az orientációs polarizáció (dipoláris vagy - Por): ha a molekulák állandó dipólus momentummal vannak kitéve az elektromos mezőnek, hajlamosak ennek a mezőnek az irányába orientálni. A dipólusok orientációs ideje jóval hosszabb, mint a két előző esetben (~ 10 −9 - 10 5 s ), az érintett dipólusok és molekuláris környezetük sokfélesége miatt. Az orientációs polarizáció erősen hőmérsékletfüggő.
az interfaciális polarizáció (vagy az űrtartalom -π): Ez a polarizáció heterogén anyagokban jelenik meg. Az elektromos töltések felhalmozódásából származik az anyagot alkotó különböző fázisok közötti kapcsolódási pontokon, ha ezek különböző permittivitással és vezetőképességgel rendelkeznek. Ez a mechanizmus makroszkopikus dipólus momentumot indukál hosszú leülepedési idővel (> 10 3 s ).

Ezek a jelenségek számos mikroszkopikus elektrosztatikus dipólust hozhatnak létre . A polarizáció egyszerűen a mikroszkopikus dipólus pillanatának mérése, figyelembe véve a mikroszkopikus térfogatot. Ha jelöljük a mikroszkopikus vagy elemi dipólmomentummal által , és a elemi térfogata által $d$ $V$ (vagy $d$ $τ$ ), van: ${\ displaystyle d {\ vec {p}}}$

{\ displaystyle {\ vec {P}} = {\ mathrm {d} {\ vec {p}} \ over \ mathrm {d} V}}

Ezeket a jelöléseket nem véletlenszerűen választjuk meg, mert azok az egyenlethez vezetnek, amely megadja az objektum elektromos dipólus momentumát:

{\ displaystyle {\ vec {p}} = \ iiint {\ vec {P}} \, \ mathrm {d} V}

Ezenkívül látjuk a mágneses momentum és a mágnesezés teljes analógiáját : ${\ vec m}$ ${\ vec M}$

{\ displaystyle {\ vec {M}} = {\ mathrm {d} {\ vec {m}} \ over \ mathrm {d} V}, \ quad {\ vec {m}} = \ iiint {\ vec { M}} \, \ mathrm {d} V}

Elektromosan rendezett anyagok

Egyes anyagokban elektromos polarizáció van spontán állapotban, még külső elektromos tér hiányában is. Ezután különböző elektromos megrendelések, vagyis az elektrosztatikus dipólusok különböző elrendezése lehetséges az anyagban. A helyzet elvileg hasonló a mágnesesen rendezett anyagokhoz. Mágneses anyagokból is öröklődik az e különféle rendeket jelölő szókincs.

Ferroelektromos anyagban , például a PbTiO 3-ban , a szomszédos háló két elektrosztatikus dipólusa azonos irányba áll.

Egy antiferroelektromos anyagban , például a PbZrO 3-ban , a szomszédos háló két elektrosztatikus dipólusa ellentétes irányba áll.

A mező által indukált polarizáció, elektromos érzékenység

Abban az esetben, ha a polarizáció az anyagra kifejtett elektromos térnek köszönhető, első sorrendben azt írjuk, hogy az indukált polarizáció egyszerűen arányos az elektromos mezővel: ${\ vec E}$

{\ displaystyle {\ vec {P}} = \ varepsilon _ {0} \ chi \, {\ vec {E}}}

ahol a dielektromos a vákuum és a villamos hajlamot az anyag. ${\ displaystyle \ varepsilon _ {0} \,}$ $\ chi \,$

Ez az összefüggés helyes és elegendő egy izotrop anyaghoz és egy nem túl intenzív elektromos mezőhöz. Segít megérteni számos olyan jelenséget, mint a fénytörés , visszaverődés és fényelnyelés . Az anizotróp anyagok esetében meg kell változtatni a kapcsolatot, hogy megértsük a kettős törés jelenségét .

Intenzív elektromos tér esetén a korábbi közelítés már nem elegendő. A magasabb rendelési feltételeket figyelembe kell venni. Ez a nemlineáris optika területe .

Megjegyzések és hivatkozások

Richard Taillet, Dictionary of Physics (4. kiadás) , Louvain-la-Neuve, De Boeck Supérieurben,2018. január, 956 p. ( ISBN 978-2-8073-0744-5 , online olvasás ) , p. 581

Lásd is

Kapcsolódó cikkek