Pole elektromagnetyczne:

W pustym kondensatorze natężenie pola E, po wypełnieniu do dielektrykiem wynosi E_d. Znając te dwie wartości można obliczyć przenikalność elektryczną ośrodka(ε_d).

$$\mathbf{\varepsilon}_{\mathbf{d}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{E}_{\mathbf{d}}}{\mathbf{E}}$$

Polaryzacja:

Elektronowa (dipol indukowany) powstaje kiedy pole elektromagnetyczne wpływa na atom.

Orientacyjna (dipol trwały) pole elektromagnetyczne wpływa na cząsteczkę. Jest to tzw. polaryzacja orientacyjna

Jonowa pole elektromagnetyczne wpływa na jony w komórce.

Dipol elektryczny – polaryzacja orientacyjna:

Jest to układ dwóch różnoimiennych ładunków elektrycznych  umieszczonych w pewnej odległości  od siebie.

Opisywane jest przez wartość momentu dipolowego (p), który jest iloczynem ładunków (q) i odległości między nimi (l)

p = q • l

Dielektryk polarny – polryzacja orientacyjna:

Jest to obiekt obdarzony trwałymi momentami dipolowymi.

Cząstki dielektryka umieszczone w polu elektrycznym układają się zgodnie z wektorem polaryzacji.

Moment dipolowy dielektryka to iloraz sumy momentów dipolowych wszystkich jego częstek (p) i jego objętości (v)

$\mathbf{p =}\frac{\mathbf{\text{Σp}}}{\mathbf{v}}$

Dipol chociaż nie posiada ładunku elektrycznego netto, może oddziaływać z zewnętrznym polem elektrycznym.

Siła (F) to iloczyn wartości ładunku (q) i pola elektrycznego (E)

F = q • E

Pole elektryczne „porządkuje” kierunek i zwrot momentów dipolowych.

Zmienne pole elektryczne „wprawia w ruch” momenty dipolowe.

Poruszający się dipol przekazuje energię otoczeniu zwiększając jego temperaturę.

Stopień uporządkowania dipoli zależy od natężenia pola elektrycznego

W polaryzacji orientacyjnej cząsteczki mają swój moment dipolowy (p), a pole elektryczne (E) je porządkuje. Na moment dipolowy wpływa jeszcze przenikalność elektryczna próżni (ε₀) i podatność elektryczna (ϰ).

p=•ε₀•E

Inny sposób na wyrażenie momentu dipolowego jest iloczyn indukcji (D) i podatności elektrycznej (ϰ)

p=•D

Indukcja elektromagnetyczna

Indukcja (D) to iloczyn przenikalności elektrycznej próżni (ε₀) i pola elektrycznego (E)

D=ε₀•E

Podatność elektryczna

Podatność elektryczna (ϰ) to względna przenikalności elektrycznej (ε_r) minus 1.

=ε_r−1

Dla niezbyt silnych pól elektrycznych można zdefiniować ją jako iloraz liczby dipoli na jednostkę objętości (n₀) i kwadratu momentu dipolowego (p) oraz 3 stałych Boltzmana (k) i temperatury (T)

$$\mathbf{}\mathbf{=}\frac{\mathbf{n}_{\mathbf{0}}\mathbf{\bullet}\mathbf{p}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{3 \bullet k \bullet T}}$$

Względna przenikalność elektryczna

Względna przenikalność elektryczna (ε_r) to iloraz przenikalności elektrycznej ośrodka (ε) i przenikalności elektrycznej próżni (ε₀)

$$\mathbf{\varepsilon}_{\mathbf{r}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\varepsilon}}{\mathbf{\varepsilon}_{\mathbf{0}}}$$

Polaryzacja deformacyjna:

W wyniku oddziaływania pola elektrycznego następuje przesunięcie różnoimiennych elementów cząsteczki i nabywa ona właściwości dipolowych.

Wielkość momentu dipolowego zależy od natężenia pola elektrycznego (E) i polaryzowalności deformacyjnej (α)

p = α • E

Deformacja może dotyczyć chmur elektronowych (α_e) i przesunięcia atomów w cząsteczce (α_a). Dlatego też polaryzowalność deformacyjna (α) to suma polaryzowalności elektronowej (α_e ) i polaryzowalności atomowej (α_a).

α=α_e+α_a

Istnieje zależność pomiędzy względną stałą przenikalności elektrycznej, a polaryzacją deformacyjną cząsteczki α

Zależność tą opisuje wzór Clausiusa-Mossottiego:

$$\frac{\mathbf{\varepsilon}_{\mathbf{r}}\mathbf{- 1}}{\mathbf{\varepsilon}_{\mathbf{r}}\mathbf{+ 2}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{3}}\mathbf{\bullet}\mathbf{n}_{\mathbf{0}}\mathbf{\bullet \alpha}$$

W polach stałych i zmiennych o niskiej częstotliwości średnia wartość momentu dipolowego polaryzacji orientacyjnej i deformacyjnej jest taka sama.

Moment dipolowy polaryzacji to iloczyn sumy polaryzacji deformacyjnej (α) i ilorazu kwadratu trwałego momentu dipolowego (p_oe) i 3 stałych Boltzmana (k) z temperaturą (T) oraz natężenia pola elektrycznego (E).

$$\mathbf{p = (\alpha +}\frac{\mathbf{p}_{\mathbf{\text{oe}}}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{3}\mathbf{\text{kt}}}\mathbf{) \bullet E}$$

Polaryzowalność orientacyjna zależy od częstotliwości pola elektrycznego.

1- suma momentów dipolowych polaryzacji

dipolowej, atomowej i elektronowej

p_dip+p_at+p_el

2- suma momentów dipolowych polaryzacji

dipolowej i atomowej

p_dip+p_at

3 – jedynie polaryzacja elektronowa

p_el

Zależność ta nosi nazwę dyspersji.

Różne tkanki wykazują różną zależność stałej elektrycznej ε od częstotliwości pola elektrycznego.

Głębokość (δ) wnikania fali elektromagnetycznej do tkanki mięśniowej (1) i tłuszczowej (2) zależy od częstotliwości.

Głębokość (δ) wnikania fali elektromagnetycznej do tkanek wraz ze wzrostem częstotliwości (v) maleje.

W celu ilościowego określenia pochłoniętej energii wyprowadza się współczynnik absorpcji właściwej

Współczynnik SAR to iloraz iloczynu przewodnictwa właściwego (σ) i kwadratu natężenia pola elektrycznego (E) oraz gęstości ośrodka (ρ)

$$\mathbf{SAR =}\frac{\mathbf{\sigma \bullet}\mathbf{E}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{\rho}}$$

Określa on ilość energii pochłoniętej przez jednostkę masy ciała, na jednostkę czasu.