Поляризуемость - фізична енциклопедія

Поляризованість атомів, іонів і молекул - здатність цих частинок купувати електричні. дипольний момент p в електричні. поле Е. У елект. поле заряди. що входять до складу атомів (молекул, іонів), зміщуються один щодо іншого - у частки з'являється індукує. дипольний момент, к-рий зникає при вимкненні поля. Поняття П. як правило, не відносять до частинкам, що володіє постійним дипольним моментом (напр. До полярних молекул). У відносно слабких електричні. полях

коеф.также зв. П. він є її кількостей. заходом (має розмірність об'єму). Для атомних систем, напр. деяких молекул, П. може бути анізотропної. В цьому випадку завісімостьболее складна:

де - симетричний тензор 2-го рангу, i,

У сильних електричні. полях залежність р (Е) перестає бути лінійною.

Для ізольованої i -й частки (напр. Молекули розрідженого газу) значення напруженості поля (поля в місці знаходження частки) збігається з напруженістю зовн. поля Для частинок рідини або кристала до додається - поле, створюване зарядами ін. часток, що оточують дану (локальне поле).

При включенні поля момент p з'являється не миттєво; час встановлення p для кожного типу частинок по-різному залежно від їх фіз. природи і характеризується часом релаксації

Наїб. застосування поняття П. отримало у фізиці діелектриків. Тут воно визначає поляризацію середовища Р. діелектричної. сприйнятливість діелектричної. проніцаемостьВ найпростішому випадку

(Сума береться по всіх N часткам в одиниці об'єму). Поняття П. використовується в фізиці молекул і фіз. хімії. Результати вимірювань P і оптич. характеристик середовища завжди містять інформацію про П. складових її частинок.

Нагоди статич. поля E відповідає статич. значення П. є однією з важливих індивідуальних характеристик частинок. В змін. поле E (напр. в найпростішому випадку гармонич. Залежно E від часу) П. залежить від частотиколебаній поля і її зручно представити у вигляді комплексної величини:

Конкретний характер поведінки П. в такому полі залежить перш за все від часу релаксацііПрі досить низьких частотахі короткіхмомент p встановлюється практично синфазно зі зміною поля. При дуже високіхілі большіхмомент p може взагалі не виникати; частка "не відчуває" присутності поля, П. відсутній. У проміжних випадках (особливо при) спостерігаються явища дисперсії і поглинання та завісімостьносіт чітко виражений і іноді досить складний характер.

Розрізняють такі види П.

Електронна П. обумовлена ​​зсувом в поле E електронних оболонок щодо атомних ядер. Велічінадля атомів і іонів порядку їх обсягу а с. Електронна П. має місце в усіх атомах і атомних системах, але в ряді випадків може маскуватися через малу величину іншими, більш сильними видами П.

Іонна П.В іонних кристалах зумовлена ​​пружним зсувом в поле E різнойменних іонів з їх положень рівноваги в протилежних один щодо одного напрямках. У найпростішому випадку іонних кристалів типу NaCl величина

де - маси іонів, - їх заряд, -собств. частота пружних коливань іонів кристала (оп-тич. гілка), - частота зовн. поля (для статич. поля = 0). Час релаксації з (частота релаксації = лежить в ІК-області спектра).

Атомна П. молекул обумовлена ​​зміщенням в поле E атомів різного типу в молекулі (що пов'язано з несиметричним розподілом в молекулі електронної щільності). Цей вид П. зазвичай становить Іноді, атомної П. називають також П. пов'язану зі зміщенням електронів, що забезпечують ковалентні зв'язки в кристалах типу алмаза (Ge, Si). Температурна залежність всіх цих видів П. особеннослабая (з ростом Т П. дещо зменшується).

У фізиці діелектриків всі види поляризації пов'язують з тим чи іншим видом П. Крім перерахованих тут вводяться і ін. Види П. наиб. Найважливіші з них - орієнтаційна і релаксационная. Характерна особливість цих видів П. різка залежність від темп-ри, що дозволяє виділити їх при експери. визначеннях.

Орієнтаційна П.вводітся для полярних діелектриків (газів, рідин), що складаються з молекул з пост. дипольними моментами, а також і для кристалів, в яких брало дипольні моменти можуть повертатися. Якщо діелектрик складається з однакових молекул, що мають пост, дипольний момент р0. то націлену рекламу. П.определяется як пор. значення поляризації P = віднесене до однієї молекулі (p0 Ei -проекція моменту молекули на напрямок поля Е). т. е.

Оріентаціяв поле E порушується тепловим рухом, поетомусільно залежить від темп-ри:

Релаксаційна П. (теплова;)

вводиться зазвичай для іонних кристалів, де у слабко пов'язаних іонів є два (або більше) рівноважних положення, к-які в поле E стають неравновероятнимі, що призводить до появи поляризації середовища і, отже, до можливості ввести середню (на іон) П. Розрахунок (підтверджується досвідом) дає: = де Ь - відстань між рівноважними положеннями іонів.

Для цих видів П. значеніялежат в широкому діапазоні сильно залежать від темп-ри та ін. Зовн. умов. У разі змінних полів залежать від частоти зовн. поля так само, як ін. види 11. При розгляді поляризації гетерогенних діелектриків поняття П. зазвичай не використовується.

У літературі з фізики діелектриків П. іноді наз. коеф. пропорційності між P і E (P = E). т. е. діелектричної. сприйнятливість.

Для відносно простих систем зв'язок між електронною П. і макроскопіч. характеристиками речовини описується Лоренца - Лоренца формулою або Клаузиуса - Моссотті формулою. а з урахуванням - Ланжевепа - Дебая формулою і їх ускладненими модифікаціями. Ці залежності - основа для ексіерім. определеніяІонную П. визначають за ф-лам типу (2). Зіставлення досвідчених і теоретич. даних для поглинання і дисперсії ел - магн. хвиль, діелектричної. втрат і т. д. дає інформацію як про П. так і про хід її змін з частотою зовн. поля. Властивості (і ефекти, в яких брало вони проявляються) багатьох молекул і їх систем (зокрема, анізотропні) часто обумовлені їх П. і П. складових їх частинок. Прикладами таких властивостей і ефектів є поляризація і розсіювання (в т. Ч. Комбінаційне) світла, оптич. активність, ефект Кер-ра і т. д. Вивчення П. і її теорія тісно пов'язані з дослідженням міжмолекулярних взаємодій, структури молекул, особливо таких складних, як полімери, зокрема білки.