Polarisaatio

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 4.5.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 9 muokkausta .

Polarisaatio [1] ( polarisaatiovektori ) on vektorifysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin aineen tilavuusyksikön dipolimomentti , joka esiintyy sen polarisaation aikana, dielektrisen polarisaation kvantitatiivinen ominaisuus [2] .

Merkitään kirjaimella , kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) se mitataan yksikössä C / m 2 . ${\mathbf {P}}$

Määritelmä

Polarisaatio määritellään sähköisenä dipolimomenttina tilavuusyksikköä kohti:

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

missä on : nnen yksittäisen atomin dipolimomentti , on atomien lukumäärä tilavuudessa ja on kaikkien näiden atomien dipolimomentti. ${\vec {p}}_{i}$ $i$ $N$ $V$ ${\vec {p}}$

Epähomogeenisen väliaineen tapauksessa polarisaatio ilmaistaan muodossa

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

missä on tilavuuden atomien kokonaisdipolimomentti , ja se on koordinaattien funktio. $d{\vec {p}}$ $dV$

Fyysinen luonne

Dielektrinen polarisaatio johtuu paikallisesta varausten siirtymisestä aineen molekyyleissä ulkoisessa sähkökentässä verrattuna niiden sijaintiin kentän puuttuessa. Mikroskooppisella tasolla syynä tähän muutokseen voi olla elektronikuoren siirtyminen suhteessa atomin ytimeen tai molekyylien uudelleensuuntautuminen, joilla on oma dipolimomenttinsa .

Tämän seurauksena eristeessä esiintyy paikallisia sähköisen neutraaliuden rikkomuksia, eli ilmaantuu niin sanottu "sidottu" varaus - tilavuus ( , symboli b englanniksi bound , C/m 3 ) tai pinta ( , C/m 2 ) . Varaustiheys tietyssä avaruuden pisteessä on "kolmannen osapuolen" (toisin sanoen "vapaa" , englanniksi free ) ja siihen liittyvän ::n tiheyksien summa. Sitoutunut varaus esiintyy samassa paikassa, jossa on kolmannen osapuolen varaus, sekä dielektrisen epähomogeenisuuden paikoissa ja sen rajoilla. Kaiken kaikkiaan koko eristeellä sidottu varaus on aina nolla. ${\näyttötyyli \rho _{b))$ $\sigma _{b}$ ${\näyttötyyli \rho _{f))$ ${\displaystyle \rho =\rho _{f}+\rho _{b))$

Sidotun varauksen tilavuustiheys ilmaistaan polarisaatiohajoamisena :

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

Sitoutuneen varauksen pintatiheys dielektri-tyhjiörajapinnassa löydetään pintaan nähden normaalin polarisaatiokomponentin kautta:

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

missä on pinnan normaalin yksikkövektori . $\mathbf {n}$

Voit ottaa käyttöön sähköisen induktion vektorin , mikä on kätevää kuvattaessa sähkökenttää jatkuvassa väliaineessa: $\mathbf {D}$

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

(SI)

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

(GHS)

Sähködynamiikan yhtälöitä kirjoitettaessa on välttämätöntä erottaa mainitut varaustiheystyypit. Esimerkiksi yksi Maxwellin yhtälöistä näyttää täsmälleen samalta kuin , ja kuvake f voidaan poistaa joko tyhjiön vuoksi tai jos on määrätty, että tässä yhteydessä ulkoinen varaus on merkitty ilman indeksiä. ${\displaystyle {\rm {{div}{\vec {D}}=\rho _{f))))$

Polarisaatiovektorilla voidaan karakterisoida sekä indusoitunutta että spontaania polarisaatiota eli sillä voidaan kuvata sekä tavallisten dielektrien että ferrosähköisten aineiden polarisaatiotilaa .

Yhteys sähkökenttään

Pohjimmiltaan polarisaation ja polarisaation aiheuttaneen sähkökentän välinen suhde on lineaarinen, nimittäin:

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

( SI -järjestelmässä )

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

( CGS -järjestelmässä ),

missä on dielektrinen susceptibiliteetti . Anisotrooppisen materiaalin tapauksessa polarisaation ja kentän välinen suhde annetaan polarisoituvuustensorin kautta : $\chi _{e}$

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

Tietyt aineet voivat polarisoitua ilman sähkökenttää. Tällaisia aineita ovat pyrosähköiset aineet - spontaanisti polarisoituvat kiteiset aineet ja elektreetit - amorfiset aineet , joissa kentän aiheuttama polarisaatio voi kestää pitkään.

Muuttuvan kentän kirjainkoko

Vaihtelevan sähkökentän tapauksessa väliaine voi reagoida kentän muutokseen pienellä viiveellä. Tässä tapauksessa tietyn hetken polarisaatio riippuu aikaisempina aikoina käytetyn sähkökentän voimakkuudesta. Tällaisissa tapauksissa puhutaan aikadispersiosta ja polarisaation ja sähkömagneettisen kentän välinen suhde näyttää

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

Fourier-kuvat polarisaatiosta ja sähkökentän voimakkuudesta liittyvät tässä tapauksessa lineaariseen suhteeseen: , jossa $\mathbf {(} P)_{\omega }={\hattu {\alpha }}(\omega )\mathbf {E} _{\omega }$

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

Jos sähkömagneettinen kenttä on epähomogeeninen avaruudessa, kuten esimerkiksi sähkömagneettisten aaltojen etenemisen tapauksessa , ja on vuorovaikutuksessa aineen viritteiden kanssa, joiden aallonpituus on sähkömagneettisen aallon suuruusluokkaa, polarisaatioarvo tietyssä pisteessä avaruus riippuu avaruuden naapuripisteiden sähkökentän voimakkuuden arvosta. Tällaisissa tapauksissa puhutaan spatiaalisesta hajaantumisesta..

{\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 ))

Vahvissa sähkökentissä polarisaation ja sähkökentän välinen suhde voi poiketa lineaarisesta. Tässä tapauksessa ilmeneviä ilmiöitä tutkitaan esimerkiksi epälineaarisessa optiikassa .

Katso myös

Magnetisaatiovektori

Muistiinpanot

↑ GOST R 52002-2003 http://www.gostrf.com/normadata/1/4294816/4294816193.pdf Arkistoitu 10. toukokuuta 2021 Wayback Machinessa
↑ Sivukhin D.V. Fysiikan yleinen kurssi. - M . : Nauka , 1977. - T. III. Sähkö. — 688 s. - sivu 61