Elektronisk polarisering

Da påvirkningen af et eksternt elektrisk felt adskiller kernen og elektronskyen, vil der opstå en tiltrækningskraft mellem dem ifølge Coulombs lov. Lad os sige, at ved afstanden x, hvor kernen og elektronskyen er adskilt, opnås ligevægt. Dette betyder, at ved afstanden x bliver de kræfter, der virker på kernen eller elektronskyen, som følge af det eksterne elektriske felt og Coulombs lov, lige store og modsatte. Det er indlysende, at kernen har en meget større radius end elektronskyen. Så i forhold til elektronskyen kan kernen betragtes som et punktladet. Derfor er den elektrostatiske kraft, der virker på kernen, +E.Z.e. Nu er kernen blevet forskudt fra centrum af elektronskyen med en afstand x.

Ifølge Gauss' sætning, vil kraften, som den negative elektronsky udfolder på den positive kjerne, kun være afhængig af den del af skyen, der er indesluttet i en kugle med radius x. Den del af skyen, der ligger uden for kuglen med radius x, udfolder ingen kraft på kernen. Nu er volumenet af kuglen med radius x (4/3)πx3 og volumenet af kuglen med radius R er (4/3)πR3.
Nu er den totale negative ladning i elektronskyen -Ze, og vi har allerede antaget, at den er jævnt fordelt over hele skyens volumen.

Derfor er mængden af negativ ladning, der er indesluttet i kuglen med radius x,

Kun denne mængde ladning vil udfolde coulombisk kraft på kernen. Ifølge Coulombs lov, vil kraften være

Ved ligevægtsbetingelse,

Nu er dipolmomentet for kernen Zex, da dipolmomentet er produktet af kernen's ladning og forskydningsafstanden. Ved at indsætte udtrykket for x i udtrykket for dipolmomentet, får vi,

Polarisation defineres som antallet af dipolmomenter pr. enhedsvolumen af materialet. Hvis N er antallet af dipolmomenter pr. enhedsvolumen, vil polarisationen være,

Fra ovenstående udtryk ses det, at elektronisk polarisation eller atomar polarisation er afhængig af radius (eller volumen) af atomet og antallet af atomer, der findes i enhedsvolumen af materialet.

Lad os nu overveje et enkelt atom med atomnummer Z. Lad +e coulomb være ladningen af hvert proton i kernen, og -e coulomb være ladningen af hvert elektron, der omgiver kernen. Alle de orbiterende elektroner i atomet danner en sfærisk sky af negativ ladning, der omgiver den positivt opladede kjerne. Ladningen af kernen er +Ze coulombs, og ladningen af den negative elektronsky er -Ze coulombs. Lad os også antage, at den negative ladning i elektronskyen er homogent fordelt på en kugle med radius R. Når der ikke er nogen påvirkning fra et eksternt elektrisk felt, falder centrum af denne kugle sammen med centrum af kernen i atomet. Nu, lad os sige, at et eksternt elektrisk felt med intensiteten E volt per meter anvendes på atomet. På grund af dette eksterne elektriske felt skubbes kernen i atomet mod den negative intensitet af feltet, og elektronskyen skubbes mod den positive intensitet af feltet.

Erklæring: Respektér det originale, godt indhold fortjener at deles, hvis der er overtrædelse kontakt os for sletning.