Polarisering (dielektrisk)

Den polarisering (eller mere præcist den polarisering vektor ) er en makroskopisk fysisk størrelse vektor, der anvendes i undersøgelsen af materialeegenskaber dielektriske . Det betegner volumendensiteten af det elektrostatiske dipolmoment . Dens enhed i det internationale system er C / m 2 . Dette koncept blev introduceret af Faraday, mens han studerede elektriske isolatorers opførsel inden for elektrostatiske felter.

I et perfekt dielektrikum er der ingen gratis elektriske opladninger. Især forårsager et anvendt elektrisk felt ikke en elektrisk strøm . Men de relaterede elektriske ladninger vil sandsynligvis bevæge sig over små afstande eller vibrere under indflydelse af et elektrisk felt : der ser så ud til en polarisering.

Typer

Fra et mikroskopisk synspunkt forekommer flere fænomener under påvirkning af et elektrisk felt:

den elektroniske polarisering på grund af forskydning og deformation af elektronskyen , er denne polarisering normalt indstillet på meget kort tid (~ 10-15 s ).
den polariserede atom eller ionisk grundet forskydninger af atomer eller ioner, sidstnævnte har også en meget kort indsvingningstid (~ 10 -13 til 10 -12 s ).
den orientering polarisering (dipolært eller - Por): hvis molekylerne underkastet det elektriske felt med en permanent dipolmoment, har de tendens til at orientere sig i retning af dette felt. Orienteringen cirka dipolerne er meget længere end i de to foregående tilfælde (~ 10 -9 til 10 5 s ) på grund af den store mangfoldighed af de involverede dipoler og deres molekylære miljø. Orienteringspolarisering er stærkt temperaturafhængig.
den grænsefladespændingen polarisering (eller -π af rumladning): Denne polarisering vises i heterogene materialer. Det kommer fra akkumulering af elektriske ladninger ved grænsefladerne mellem de forskellige faser, der udgør materialet, når disse har forskellige tilladelser og ledningsevner. Denne mekanisme inducerer en makroskopisk dipolmoment med lang indsvingningstid (> 10 3 s ).

Disse fænomener kan medføre mange mikroskopiske elektrostatiske dipoler . Polarisering er simpelthen måling af det mikroskopiske dipolmoment under hensyntagen til det mikroskopiske volumen. Hvis vi betegner det mikroskopiske eller elementære dipolmoment med og det elementære volumen med $d$ $V$ (eller $d$ $τ$ ), har vi: ${\ displaystyle d {\ vec {p}}}$

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

Disse notationer vælges ikke tilfældigt, fordi de fører til ligningen, der giver et objekts elektriske dipolmoment:

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

Derudover ser vi den fulde analogi med magnetmomentet og magnetiseringen : ${\ vec m}$ ${\ vec M}$

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

Elektrisk bestilte materialer

I nogle materialer er der en elektrisk polarisering i den spontane tilstand, selv i fravær af et eksternt elektrisk felt. Forskellige elektriske ordrer, det vil sige forskellige arrangementer af de elektrostatiske dipoler i materialet, er derefter mulige. Situationen ligner i princippet magnetisk ordnede materialer. Det er også fra magnetiske materialer, at ordforrådet, der betegner disse forskellige ordrer, er arvet.

I et ferroelektrisk materiale , for eksempel PbTiO 3 , de elektrostatiske dipoler i to nabostillede masker er rettet i samme retning.

I en antiferroelectric materiale , f.eks PbZrO 3 , de elektrostatiske dipoler i to nabostillede masker er rettet i modsatte retninger.

Feltinduceret polarisering, elektrisk modtagelighed

I det tilfælde hvor polarisationen skyldes et elektrisk felt påført materialet, skriver vi i første rækkefølge, at den inducerede polarisering simpelthen er proportional med det elektriske felt: ${\ vec E}$

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

hvor er permittivitet af vakuumet og den elektriske modtagelighed af materialet. ${\ displaystyle \ varepsilon _ {0} \,}$ $\ chi \,$

Denne relation er korrekt og tilstrækkelig til et isotropisk materiale og til et ikke alt for intenst elektrisk felt. Det hjælper med at forstå et stort antal fænomener, såsom brydning , refleksion og absorption af lys. For anisotrope materialer skal forholdet ændres for at forstå fænomenet dobbeltbrydning .

I tilfælde af et intensivt elektrisk felt er den foregående tilnærmelse ikke længere tilstrækkelig. Betingelser med højere ordre bør overvejes. Dette er området for ikke-lineær optik .

Noter og referencer

Richard Taillet, Dictionary of physics (4. udgave) , Louvain-la-Neuve, De Boeck Supérieur,januar 2018, 956 s. ( ISBN 978-2-8073-0744-5 , læs online ) , s. 581

Se også

Relaterede artikler