Полезное знание под угрозой удаления из Википедии или другого сайта?
Сохраните его на Викизнании или Вавилон-wiki!

Поляризуемость

→ 
Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск

Поляризуемость есть свойство возникновения в некотором распределении электрических зарядов (у элементарных частиц, атомов, ионов, молекул) наведённого дипольного электрического или (и) магнитного моментов под действием внешнего электромагнитного поля. Понятие поляризуемости имеет наибольшее значение в физике элементарных частиц, в молекулярной физике и в химии, при изучении диэлектриков и намагничивающихся материалов, при исследовании оптических эффектов в веществе, а также для учёта межчастичных и межмолекулярных взаимодействий.

Электрическая поляризуемость[править]

Электрическая поляризуемость ~\alpha определяется как коэффициент пропорциональности между напряжённостью приложенного электрического поля ~{\boldsymbol  {E}} и получающимся наведённым электрическим дипольным моментом частицы ~{\boldsymbol  {D}} в формуле для системы физических единиц СИ:

~{\boldsymbol  {D}}=4\pi \varepsilon _{0}\alpha {\boldsymbol  {E}},

где ~\varepsilon _{0} - электрическая постоянная.

Если моделировать начальную конфигурацию распределения зарядов в виде нейтральной хорошо проводящей тонкостенной пустотелой сферы, либо в виде нейтрального в целом шара, то можно показать, что ~\alpha равно кубу радиуса этой сферы (шара). [1] Отсюда следует, что размерность ~\alpha есть м3, совпадая с размерностью объёма.

Особенности в разных системах[править]

Как правило, линейная зависимость между приложенным электрическим полем и возникающим дипольным моментом справедлива лишь в слабых полях, при усилении поля линейность пропадает. В некоторых веществах направления векторов ~{\boldsymbol  {E}} и ~{\boldsymbol  {D}} могут не совпадать. В таком случае поляризуемость ~\alpha рассматривается уже не как скалярная величина, а как тензор второго ранга, содержащий 9 компонент в виде 3\times 3 матрицы.

При измерении дипольного момента в системе из многих частиц следует учитывать, что результирующее электрическое поле, действующее на отдельную частицу, является суммой внешнего приложенного поля и усреднённого электрического поля от остальных частиц. Последнее поле включает в себя постоянную компоненту, не зависящую от внешнего поля, и наведённую внешним полем компоненту.

Различают статическую и динамическую поляризуемости. Первая связана с приложением постоянного электрического поля, а вторая – с переменным электрическим полем. В веществе возможны эффект задержки установления дипольного момента по отношению к началу действия электрического поля, сдвиг фазы между дипольным моментом и приложенным переменным электрическим полем, зависимость значения амплитуды поляризуемости от частоты изменения поля вплоть до уменьшения до нуля. Соответственно, наблюдаются такие явления, как дисперсия (зависимость от частоты), а также поглощение энергии электрического поля посредством резонансного взаимодействия запаздывающего наведённого дипольного момента с полем, и посредством сдвига диполей при ориентационной поляризации.

В зависимости от исследуемых объектов измеряют:

  1. поляризуемость у отдельных элементарных частиц. Примером является значение ~\alpha =1,2\cdot 10^{{-48}} м3 для протона. [2]
  2. электронную поляризуемость за счёт сдвига электронов в оболочках атомов.
  3. ионную поляризуемость при сдвиге в противоположных направлениях разноимённых ионов в ионных кристаллах.
  4. атомную поляризуемость вследствие смещения атомов в молекулах.

На практике измеряют обычно поляризацию среды, понимаемую как дипольный электрический момент единицы объёма среды. Разделив поляризацию среды на концентрацию диполей, находят дипольный момент одной частицы и затем её поляризуемость в приложенном электрическом поле. Между поляризуемостью, абсолютной диэлектрической проницаемостью и диэлектрической восприимчивостью разных сред существуют взаимосвязи, выражаемые, например, в соотношении Клаузиуса–Мосотти. [1]

Магнитная поляризуемость[править]

Магнитная поляризуемость ~\beta определяется как коэффициент пропорциональности между индукцией приложенного магнитного поля ~{\boldsymbol  {B}} и наведённым дипольным магнитным моментом частицы ~{\boldsymbol  {P_{{\mu }}}} в формуле для системы физических единиц СИ:

~{\boldsymbol  {P_{{\mu }}}}={\frac  {4\pi \beta {\boldsymbol  {B}}}{\mu _{0}}},

где ~\mu _{0} - магнитная постоянная.

Для оценки размерности магнитной поляризуемости удобно рассмотреть дипольный магнитный момент маленькой петли с нулевым электрическим сопротивлением, возникающий при помещении её в магнитное поле за счёт эффекта электромагнитной индукции. Если радиус петли ~r, а наведённый ток электронов ~I, то магнитный момент будет равен ~P_{{\mu }}=I\pi r^{2}. В этом случае магнитная поляризуемость будет равна кубу радиуса петли, умноженному на отношение двух энергий – кулоновской энергии электрона в поле движущихся зарядов тока в петле, и удвоенной энергии покоя электрона. Следовательно, в обычных условиях при малых токах величина магнитной поляризуемости будет значительно меньше куба радиуса магнитного диполя, имея при этом размерность м3. Для протона ~\beta =1,9\cdot 10^{{-49}} м3, что согласуется с электрической поляризуемостью протона. [1]

Основные особенности магнитной поляризуемости повторяют особенности для электрической поляризуемости, с заменой электрических величин на соответствующие магнитные величины. По своему смыслу к магнитной поляризуемости близка магнитная восприимчивость, связывающая намагниченность (дипольный магнитный момент единицы объёма) среды и напряжённость приложенного магнитного поля.

Примечания[править]

  1. Комментарии к книге: Федосин С.Г. Физические теории и бесконечная вложенность материи. Пермь, 2009, 844 стр., Табл. 21, Ил.41, Библ. 289 назв. ISBN 978-5-9901951-1-0.
  2. Yao W.-M. et al., (Particle Data Group), Physics Letters, Vol. B667, P. 1 (2008) and 2009 partial update for the 2010 edition. [2]

См. также[править]

Хочешь уточнить, добавить или исправить текст?
Редактировать статью Подписаться на обновления