Polarización Electrónica

Dado que debido a la influencia del campo eléctrico externo, el centro del núcleo y el centro de la nube de electrones se separan, se desarrollará una fuerza de atracción entre ellos según la ley de Coulomb. Supongamos que, a la distancia de separación x del centro del núcleo y la nube de electrones, se establece el equilibrio. Esto significa que, a la distancia de separación x, las fuerzas que actúan sobre el núcleo o la nube de electrones debido al campo eléctrico externo y a la ley de Coulomb son iguales y opuestas. Es obvio que el radio del núcleo es mucho mayor que el de la nube de electrones. Por lo tanto, en relación con la nube de electrones, el núcleo puede considerarse como una carga puntual. Así, la fuerza electrostática que actúa sobre el núcleo sería +E.Z.e. Ahora, el núcleo se ha desplazado del centro de la nube de electrones por una distancia x.

Según el teorema de Gauss, la fuerza debida a la nube de electrones negativos que actúa sobre el núcleo positivo solo será debida a la porción de la nube encerrada por la esfera de radio x. La porción de la nube fuera de la esfera de radio x no ejerce ninguna fuerza sobre el núcleo. Ahora, el volumen de la esfera de radio x es (4/3)πx3 y el volumen de la esfera de radio R es (4/3)πR3.
Ahora, la carga negativa total de la nube de electrones es -Ze y ya hemos considerado que está distribuida uniformemente a lo largo del volumen de la nube.

Por lo tanto, la cantidad de carga negativa encerrada por la esfera de radio x es,

Solo esta cantidad de carga aplicará una fuerza de Coulomb sobre el núcleo. Entonces, según la ley de Coulomb, la fuerza sería

En condiciones de equilibrio,

Ahora, el momento dipolar del núcleo es Zex, ya que el momento dipolar es el producto de la carga del núcleo y la distancia de desplazamiento. Ahora, introduciendo la expresión de x en la expresión del momento dipolar, obtenemos,

La polarización se define como el número de momentos dipolares por unidad de volumen del material. Si N es el número de momentos dipolares por unidad de volumen, la polarización sería,

De la expresión anterior, se encuentra que la polarización electrónica o polarización atómica depende del radio (o volumen) del átomo y el número de átomos presentes en la unidad de volumen del material.

Consideremos un solo átomo de número atómico Z. Supongamos que +e coulomb es la carga de cada protón en el núcleo y -e coulomb es la carga de cada electrón que rodea el núcleo. Todos los electrones orbitales en el átomo forman una nube esférica de carga negativa que rodea el núcleo cargado positivamente. La carga del núcleo es +Ze coulombs y la carga de la nube negativa de electrones es -Ze coulombs. Asumamos también que la carga negativa de la nube de electrones está distribuida homogéneamente en una esfera de radio R. Cuando no hay influencia de ningún campo eléctrico externo, el centro de esta esfera y el centro del núcleo del átomo coinciden. Ahora, supongamos que se aplica un campo eléctrico externo de intensidad E voltios por metro sobre el átomo. Debido a este campo eléctrico externo, el núcleo del átomo se desplaza hacia la intensidad negativa del campo y la nube de electrones se desplaza hacia la intensidad positiva del campo.

Declaración: Respetar el original, los artículos buenos merecen ser compartidos, si hay infracción por favor contactar para eliminar.