Definicja polaryzowalności elektronowej

Dielektryk umieszczony w polu elektrycznym polaryzuje się. Zjawisko polegające na pojawieniu się ładunków elektrycznych na powierzchni dielektryka nazywamy polaryzacja elektryczna.

Ładunki indukowane nie są swobodne i wytwarzają w dielektryku pole o kierunku przeciwnym do kierunku pola zewnętrznego tzw. pole depolaryzacji.

a)kondensator płaski (próżniowy);

P = 0

D – gęstość strumienia elektrycznego;

b) kondensator płaski z dielektrykiem;

P = -σ_p

W kondensatorze pojawiają się dodatkowe „ładunki związane” z polaryzacją P. Są one związane przez dipole/

Dipol elektryczne: jest układem dwóch jednakowych co do wartości ładunków elektrycznych ale o przeciwnych znakach, znajdujących się w odległości L która jest mniejsza niż odległość do punktów gdzie wyznaczane jest pole tego rozkładu.

Obraz molekularny:

Układ ładunków w materii (atomy: + jądra, - chmura elektronów) zaburzą się po przyłożeniu zew. Pola elektrycznego. Powstanie efektywny moment dipolowy:

polaryzacja elektronowa

ef. pola

Pole wew.(lokalne) różni się od pola zew. (jedynie dla gazów rozrzedzonych możemy przyjąć że jest takie samo). W ciałach stałych należy uwzględnić oddziaływanie otoczenia na drobiny dielektryka.

Pole elektryczne składa się z pola zew. E i pola pochodzącego od polaryzacji P.

N - koncentracja dipoli w m³

Mechanizmy polaryzacji - klasyfikacja

Rodzaje polaryzacji:

1)elektronowa:

Polega na deformacji zew. Powłoki elektronowej otaczającej jądro:

-promień jądra

- występuje we wszystkich dielektrykach;

- nie zależy od temperatury;

- nie zależy od częstotliwości (do ultrafioletu, powyżej rezonans);

- poza zakresem rezonansu brak strat energii;

- czas powstawania: od 10^-14 do 10^-13 s

2)jonowa (atomowa):

Występuje w dielektrykach w których występują wiązania jonowe. Polega na zniekształceniu siatki krystalicznej wywołane polem elektrycznym.

- zależy od temperatury (ε_r rośnie gdy wzrasta T, bo zmniejszają się siły wiązań jonowych);

- nie zależy od częstotliwości (do podczerwieni, powyżej rezonans)

- poza zakresem rezonansu brak strat energii;

- czas powstawania: od 10^-13 s

Polaryzacje (1) i (2) mają charakter sprężysty.

3)dipolowa

Występują w takich dielektrykach w których występują trwałe momenty dipolowe. Po przyłożeniu zew. pola elektrycznego dipole podlegają orientacji. Jeśli pole będzie przemienne to orientacja będzie zależała od częstotliwości

- czas relaksacji zależy od temperatury;

- polaryzacja dipolowa Debye

Jest wynikiem porządkującego, kierunkowego działania pola elektrycznego na trwałe momenty dipolowe drobin. Pole elektryczne porządkuję a temperatura dezorientuje.

Polaryzowalność całkowita jest równa sumie wszystkich polaryzowalności o ile te występują w materiale jednocześnie.

- polaryzacja Maxwella - Wagnera.

W ystępuje w dielektryku niejednorodnym. Polega na gromadzeniu się ładunków na powierzchni granicznych. Ładunki te zwiększają pojemność kondensatorów dzięki dodatkowej polaryzacji zwanej polaryzacja Maxwella-Wagnera.

Warunek występowania:

Polaryzacjaczęstotliwość:

Dipolowa – od 0 do mikrofal

Jonowa – od 0 do podczerwień (rezonans)

Elektronowa – od 0 do ultrafioletu (rezonans)

Maxwella-Wagnera – od 0 do 1MHz