Polarització elèctrica

Com que la influència del camp elèctric extern separa el centre del nucli i el centre de la nivola d'electrons, es desenvolupa una força d'atracció entre ells segons la Llei de Coulomb. Suposem que, a la distància x de separació del centre del nucli i la nivola d'electrons, s'estableix l'equilibri. Això vol dir que, a la distància de separació x, les forces que actuen sobre el nucli o la nivola d'electrons degut al camp elèctric extern i a la Llei de Coulomb esdevenen iguals i oposades. És obvi que el radi del nucli és molt més gran que el de la nivola d'electrons. Per tant, en relació amb la nivola d'electrons, el nucli es pot considerar com una càrrega puntual. Per tant, la força electroestàtica que actua sobre el nucli seria +E.Z.e. Ara, el nucli s'ha desplaçat del centre de la nivola d'electrons una distància x.

Segons el Teorema de Gauss, la força deguda a la nivola d'electrons negatius que actua sobre el nucli positiu només serà deguda a la porció de la nivola englobada per l'esfera de radi x. La porció de la nivola fora de l'esfera de radi x no exerceix cap força sobre el nucli. Ara, el volum de l'esfera de radi x és (4/3)πx3 i el volum de l'esfera de radi R és (4/3)πR3.
Ara, la càrrega negativa total de la nivola d'electrons és -Ze i ja hem considerat que està distribuïda uniformement a través del volum de la nivola.

Per tant, la quantitat de càrrega negativa englobada per l'esfera de radi x és,

Només aquesta quantitat de càrrega exercirà una força coulombiana sobre el nucli. Per tant, segons la Llei de Coulomb, la força seria

En condicions d'equilibri,

Ara, el moment dipòl del nucli és Zex, ja que el moment dipòl és el producte de la càrrega del nucli i la distància de desplaçament. Ara, substituint l'expressió de x a l'expressió del moment dipòl, obtenim,

La polarització es defineix com el nombre de moments dipòls per unitat de volum del material. Si N és el nombre de moments dipòls per unitat de volum, la polarització seria,

De l'expressió anterior es troba que la polarització electrònica o polarització atòmica depèn del radi (o volum) de l'àtom i del nombre d'àtoms presents en unitat de volum del material.

Considerem un sol àtom de número atòmic Z. Suposem que +e coulombs és la càrrega de cada protó al nucli i -e coulombs és la càrrega de cada electró que envolta el nucli. Tots els electrons orbitals a l'àtom formen una nivola esfèrica de càrrega negativa que envolta el nucli carregat positivament. La càrrega del nucli és +Ze coulombs i la càrrega de la nivola negativa d'electrons és -Ze coulombs. Suposem també que la càrrega negativa de la nivola d'electrons està distribuïda homogèniament en una esfera de radi R. Quan no hi ha influència d'un camp elèctric extern, el centre d'aquesta esfera i el centre del nucli de l'àtom coincideixen. Ara, suposem que s'aplica un camp elèctric extern d'intensitat E volts per metre a l'àtom. Degut a aquest camp elèctric extern, el nucli de l'àtom es desplaça cap a la intensitat negativa del camp i la nivola d'electrons es desplaça cap a la intensitat positiva del camp.

Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per eliminar-lo.