Elektrická polarizace (veličina)

Elektrická polarizace (někdy také nazývána hustota polarizace nebo hustota elektrického dipólového momentu) je vektorová fyzikální veličina, která vyjadřuje účinek vnějšího elektrického pole na dielektrikum.

Značení, definice a jednotky

• Doporučené značení:^[1] P, případně D_i^{[pozn. 1]}
• Definice:^[1]

  Elektrická polarizace je definována vztahem:^[1]

  ${\displaystyle {\boldsymbol {P}}={\boldsymbol {D}}-\varepsilon _{0}{\boldsymbol {E}}}$, kde E a D jsou vektory intenzity elektrického pole a elektrické indukce, ε₀ je permitivita vakua

• Jednotky:^[1][2]

  Hlavní jednotkou v SI je 1 coulomb na metr čtvereční, značka 1 C·m⁻²

  Používanými (dříve normou doporučovanými) násobky a díly jsou

  • 1 kilocoulomb na čtverečný metr, značka 1 kC·m⁻²
  • 1 milicoulomb na čtverečný metr, značka 1 mC·m⁻²
  • 1 mikrocoulomb na čtverečný metr, značka 1 μC·m⁻²
  • zastaralou jednotkou, dnes již neodpovídající doporučené tvorbě násobků, je 1 coulomb na čtverečný centimetr, značka 1 C·cm⁻² = 10⁴ C·m⁻²

Vlastnosti a výpočet

Závislost na vnějším poli

V lineárním dielektriku je elektrická polarizace přímo úměrná intenzitě elektrického pole. Koeficient úměrnosti se zpravidla zapisuje pomocí součinu více veličin:

${\displaystyle {\boldsymbol {P}}=\varepsilon _{0}(\varepsilon _{\mathrm {r} }-1){\boldsymbol {E}}=\varepsilon _{0}\chi _{\mathrm {e} }{\boldsymbol {E}}}$, kde

• ε_r je relativní permitivita,
• χ_e je elektrická susceptibilita.

Platnost tohoto vztahu se rozšiřuje i na neizotropní lineární dielektrika, relativní permitivitu a elektrickou susceptibilitu je pak třeba chápat jako tenzory 2. řádu.

Nelineární závislost pak mají např. tzv. feroelektrické látky (feroelektrika), u kterých se v určitém intervalu teplot vyskytuje anomální závislost polarizace na vnějším elektrickém poli, zvaná (stejně jako u obdobných feromagnetik) hysterezní křivka. Při poklesu vnějšího elektrického pole na nulu se u nich může udržet nenulová elektrická polarizace a tedy i nenulová elektrická indukce. Příkladem takových látek je Seignettova sůl (NaKC₄H₄O₆· 4H₂O) nebo titaničitan barnatý (BaTiO₃).

Jiným typem látek s trvalou (nenulovou) elektrickou polarizací jsou tzv. elektrety.

Mikroskopické vysvětlení

Elektrická polarizace je rovna objemové hustotě elektrického dipólového momentu p v prostředí:

${\displaystyle {\boldsymbol {P}}={\frac {\mathrm {d} {\boldsymbol {p}}}{\mathrm {d} V}}}$, resp. ${\displaystyle {\boldsymbol {p}}=\int _{V}{\boldsymbol {P}}\,\mathrm {d} V}$,

kde naznačená derivace a integrace se bere v tzv. makroskopickém smyslu, tedy limitní proces končí na elementech objemu, ve kterých se ještě neprojevuje částicová struktura látek.

Vzhledem k částicové struktuře látek lze polarizaci vyjádřit jako podíl součtu všech dipólových momentů p_i jednotlivých částic v dané oblasti dielektrika a objemu V této oblasti:

${\displaystyle {\boldsymbol {P}}={\frac {\sum _{i}{\boldsymbol {p}}_{i}}{V}}}$.

Obecné vysvětlení jevu elektrické polarizace tedy spočívá ve vázaných elektrických nábojích vytvářejících permanentní a indukované elektrické dipóly. Podstatu a vlastnosti chování elektrické polarizace však vysvětlují až teorie materiálových konstant, vycházející z mikroskopické struktury látek. Zkoumají závislost dipólových momentů jednotlivých částic dielektrických látek na lokálním poli i jejich vzájemnou interakci ve struktuře těchto látek.^[3][4]

Poznámky

Reference

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Elektrická polarizace na Wikimedia Commons