Polarizace

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 4. května 2021; kontroly vyžadují 9 úprav .

Polarizace [1] ( polarizační vektor ) je vektorová fyzikální veličina rovna dipólovému momentu jednotkového objemu látky, ke které dochází při její polarizaci, kvantitativní charakteristika polarizace dielektrika [2] .

Označuje se písmenem , v Mezinárodní soustavě jednotek (SI) se měří v C / m 2 . ${\mathbf {P}}$

Definice

Polarizace je definována jako elektrický dipólový moment na jednotku objemu:

{\vec {P}}={\frac {\vec {p}}{V}}={\frac {1}{V}}\sum _{i}^{N}{\vec { p}}_{i}

kde je dipólový moment tého jednotlivého atomu, je počet atomů v objemu a je dipólový moment všech těchto atomů. ${\vec {p}}_{i}$ $i$ $N$ $PROTI$ ${\vec {p}}$

V případě nehomogenního prostředí je polarizace vyjádřena jako

{\vec {P}}={\frac {d{\vec {p}}}{dV}}

kde je celkový dipólový moment atomů v objemu a je funkcí souřadnic. $d{\vec {p}}$ $dV$

Fyzická povaha

Dielektrická polarizace je způsobena lokálním posunem nábojů v molekulách látky ve vnějším elektrickém poli ve srovnání s jejich umístěním v nepřítomnosti pole. Na mikroskopické úrovni může být důvodem tohoto posunu posunutí elektronového obalu vzhledem k jádru atomu nebo přeorientování molekul, které mají svůj vlastní dipólový moment .

V důsledku toho dochází v dielektriku k lokálnímu porušení elektrické neutrality, to znamená, že se objevuje tzv. „vázaný“ náboj - objemový ( , symbol b z angličtiny bound , C/m 3 ) nebo povrchový ( , C/m 2 ) . Hustota náboje v určitém bodě prostoru je součtem hustot „třetí strany“ (jinak nazývané „free“ , z angličtiny free ) a přidružených :. Vázaný náboj se objevuje na stejném místě, kde je náboj třetí strany, stejně jako v místech nehomogenity dielektrika a na jeho hranicích. Celkově je v celém dielektriku vázaný náboj vždy nulový. ${\displaystyle \rho _{b))$ $\sigma _{b}$ ${\displaystyle \rho _{f))$ ${\displaystyle \rho =\rho _{f}+\rho _{b))$

Objemová hustota vázaného náboje je vyjádřena pomocí polarizační divergence :

\rho _{b}=-{\rm {{div}\,{\vec {P))))

Povrchová hustota vázaného náboje na rozhraní dielektrika a vakua se nachází prostřednictvím polarizační složky kolmé k povrchu:

\sigma _{b}=P_{n}=\mathbf {P} \cdot \mathbf {n}

kde je jednotkový vektor normály k povrchu. $\mathbf {n}$

Můžete zavést vektor elektrické indukce , což je výhodné při popisu elektrického pole ve spojitém médiu: $\mathbf {D}$

{\mathbf D}=\varepsilon _{0}{\mathbf E}+{\mathbf P}

(SI)

{\mathbf D}={\mathbf E}+4\pi {\mathbf P}

(GHS)

Při psaní rovnic elektrodynamiky je nutné rozlišovat mezi uvedenými typy hustoty náboje. Například jedna z Maxwellových rovnic vypadá přesně jako a ikona f může být odstraněna buď pro vakuum, nebo pokud je stanoveno, že v tomto kontextu je vnější náboj označen bez indexu. ${\displaystyle {\rm {{div}{\vec {D}}=\rho _{f))))$

Polarizační vektor může charakterizovat indukovanou i spontánní polarizaci – to znamená, že jej lze použít k popisu polarizačního stavu jak běžných dielektrik, tak feroelektrik .

Spojení s elektrickým polem

V zásadě je vztah mezi polarizací a elektrickým polem, které polarizaci způsobilo, lineární, konkrétně:

\mathbf {P} =\varepsilon _{0}\chi _{e}\mathbf {E} \,

(v soustavě SI )

\mathbf {P} =\chi _{e}\mathbf {E} \,

(v systému ČGS ),

kde je dielektrická susceptibilita . V případě anizotropního materiálu je vztah mezi polarizací a polem dán pomocí tenzoru polarizace : $\chi _{e}$

\mathbf {P} ={\hat {\alpha }}\mathbf {E}

Některé látky mohou být polarizovány v nepřítomnosti elektrického pole. Mezi takové látky patří pyroelektrika – krystalické látky se spontánní polarizací a elektrety – amorfní látky , ve kterých může polarizace indukovaná polem přetrvávat dlouhou dobu.

Případ proměnného pole

V případě střídavého elektrického pole může médium reagovat na změnu pole s určitým zpožděním. V tomto případě polarizace v daném okamžiku závisí na síle použitého elektrického pole v předchozích časech. V takových případech se mluví o časové disperzi a vypadá vztah mezi polarizací a elektromagnetickým polem

{\displaystyle \mathbf {P} (t)=\int \limits _{0}^{\infty }{\hat {\alpha }}(t^{\prime })\mathbf {E} (tt^{ \prime })dt^{\prime ))

Fourierovy obrazy polarizace a intenzity elektrického pole v tomto případě souvisí lineárním vztahem: , kde $\mathbf {(} P)_{\omega }={\hat {\alpha }}(\omega )\mathbf {E} _{\omega }$

{\hat {\alpha }}(\omega )=\int \limits _{0}^{\infty }{\hat {\alpha }}(t)e^{i\omega t}dt

Pokud je elektromagnetické pole v prostoru nehomogenní, jako například v případě šíření elektromagnetických vln a interaguje s excitacemi v hmotě, které mají vlnovou délku řádově elektromagnetické vlny, pak hodnota polarizace v určitém bodě prostor závisí na hodnotě intenzity elektrického pole v sousedních bodech prostoru. V takových případech se hovoří o prostorovém rozptylu..

{\displaystyle \mathbf {P} (t,\mathbf {r} )=\int d^{3}r^{\prime }\int \limits _{0}^{\infty }{\hat {\alpha ))(t^{\prime },\mathbf {r} ^{\prime })\mathbf {E} (tt^{\prime },\mathbf {r} -\mathbf {r} ^{\prime } )dt^{\prime ))

V silných elektrických polích se může vztah mezi polarizací a elektrickým polem lišit od lineárního. Jevy, které v tomto případě vznikají, jsou studovány například v nelineární optice .

Viz také

Magnetizační vektor

Poznámky

↑ GOST R 52002-2003 http://www.gostrf.com/normadata/1/4294816/4294816193.pdf Archivováno 10. května 2021 na Wayback Machine
↑ Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. - M .: Nauka , 1977. - T. III. Elektřina. — 688 s. - strana 61