Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
р=аЕ; (1)
поэф. а также наз. П., он является её количеств, мерой (имеет размерность объёма). Для атомных систем, напр, нек-рых молекул, ГГ. может быть анизотропной. В этом случае зависимость р(Е) более сложная:
*1=2“* А»
где ||0{;|| — симметричный тензор 2-го ранга, *, / = х, у, г. В сильных электрич. полях зависимость jv(E) перестаёт быть линейной.
Для изолированной і-й частицы (напр., молекулы разреженного газа) значение напряжённости поля Е\ (ноля в месте нахождения частицы) совпадает с напряжённостью внеш. поля Явнеш- Для частиц жидкости или кристалла к Ebnfim добавляется ЯВНутр — поле, создаваемое зарядами др. частиц, окружающих данную (локальное поле).
При включении поля момент р появляется не мгновенно; время установления р для каждого типа частиц различно в зависимости от их физ. природы и характеризуется временем релаксации т.
Наиб, применение понятие П. получило в физнке ¦диэлектриков. Здесь оно определяет поляризацию среды Р, диэлектрич. восприимчивость X, диэлектрич. проницаемость е. В простейшем случае
г г
Х=аTV; e=l-|-4nctJV
.(сумма берётся по всем N частицам в единице объёма). Понятие П. используется в физнке молекул и физ. химии. Результаты измерений р, е, х, P и оптич. характеристик среды всегда содержат информацию о ГГ. составляющих её частиц.
Случаю статич. поля E отвечает статич. значение П., являющееся одной из важных индивидуальных характеристик частиц. В перем, поле E (напр., в простейшем случае гармонич. зависимости E от времени) П. зависит Oj частоты to колебаний поля и её удобно представить в виде комплексной величины: а(о>) = oti(to) -j- їаа(ш). Конкретный характер поведения П. в таком поле зави-,сит прежде всего от времени релаксации т. При достаточно низких частотах ш и коротких т момент р устанавливается практически сннфазно с нзмененнем поля. Ври очень высоких ш или больших т момент р может вообще ие возникать; частица «не чувствует» присутствия поля, П. отсутствует. В промежуточных случаях (особенно при ш ~ 1/т) наблюдаются явления дисперсии и роглощения и зависимость а(ю) носит чётко выраженный и иногда весьма сложный характер.
.Различают следующие виды ГГ.
Электронная П. Ia3jl) обусловлена смещением в поле E электронных оболочек относительно атом-вых ядер. Величина а для атомов и иоиов порядка их объёма (~10-24 см3), ат~ 10~14 — 10~16 с. Электронная ГҐ. имеет место во всех атомах н атомных системах, но Ь ряде случаев может маскироваться из-за малой величины другими, более сильными видами ГГ.
Ионная П. (аи) в ионных кристаллах обусловлена упругим смещением в поле E разноимённых ионов яз их положений равновесия в противоположных друг относительно друга направлениях. В простейшем случае иониых кристаллов типа NaCl величина
где Tnl н Ш{ — массы ионов, Ze — нх заряд, — собств. частота упругих колебаний ионов кристалла (оп-тнч. ветвь), ш — частота внеш. поля (для статич. поля ю = 0). Время релаксации т ~ IO-18 — Ю-13 с (частота релаксации Шрел = 1/т лежит в ИК-областн спектра).
Атомная ГГ. (аат) молекул обусловлена смещением в поле E атомов разного типа в молекуле (что связано с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности). Этот вид ГГ. обычно составляет ~ (1/10)схэл, т ~ IO-12 —IO-13 с. Иногда атомной ГГ. называют также П., связанную со смещением электронов, обеспечивающих ковалентные связи в кристаллах типа алмаза (Ge, Si). Температурная зависимость всех этих видов ГГ., особенно аэл, слабая (с ростом T П. несколько уменьшается).
В физике диэлектриков все виды поляризации связывают с тем или иным видом ГГ. Помимо перечисленных здесь вводятся и др. виды П., наиб, важные из них — ориентационная и релаксационная. Характерная особенность этих видов П.— резкая зависимость от темп-ры, что позволяет выделить их при эксперим. определениях.
Ориентационная П. (а0р) вводится для полярных диэлектриков (газов, жидкостей), состоящих из молекул с пост, дипольнымн моментами, а также и для кристаллов, в к-рых дипольные моменты могут поворачиваться. Если диэлектрик состоит из одинаковых молекул, имеющих пост, дипольный момент P0, то ори-ентац. П. Otqp определяется как ср. значение полярнаа-ции P = 2 P0Eit отнесённое к одной молекуле (P0Ei —
г
проекция момента р0 і-й молекулы на направление поля В), т. е.
ot0p—2роЯ|/Л *
п»,+т»
(2)
Ориентация р0 в поле E нарушается тепловым движением, поэтому аор сильно зависит от темп-ры:
Gtop=P / ^kT,
о
Релаксационная П. (тепловая; арел) вводится обычно для иониых кристаллов, где у слабо связанных ионов имеются два (или более) равновесных положения, к-рые в поле E становятся неравновероятными, что приводит к появлению поляризации среды и, следовательно, к возможности ввести среднюю (на ион) П. Расчёт (подтверждаемый опытом) даёт: арел —
= Z*b/l2kT, где Ь — расстояние между равновесными положениями ионов.
Для этих видов П. значения т лежат в широком диапазоне (~10-2—10~1а с) и сильно зависят от темп-ры и др. внеш. условий. В случае переменных полей аор и «рел зависят от частоты внеш. поля так же, как др. виды ГГ. При рассмотрении поляризации гетерогенных диэлектриков понятие П. обычно не используется.
