Polarizzazione Elettronica

A causa dell'influenza del campo elettrico esterno, il centro del nucleo e il centro della nube elettronica si separano, sviluppando una forza di attrazione tra di loro secondo la legge di Coulomb. Supponiamo che, alla distanza di separazione x tra il centro del nucleo e la nube elettronica, sia stabilito l'equilibrio. Ciò significa che, alla distanza di separazione x, le forze agenti sul nucleo o sulla nube elettronica dovute al campo elettrico esterno e alla legge di Coulomb diventano uguali e opposte. È evidente che il raggio del nucleo è molto maggiore rispetto a quello della nube elettronica. Quindi, in relazione alla nube elettronica, il nucleo può essere considerato come una carica puntiforme. Pertanto, la forza elettrostatica agente sul nucleo sarebbe +E.Z.e. Ora, il nucleo si è spostato dal centro della nube elettronica di una distanza x.

Secondo il teorema di Gauss, la forza dovuta alla nube elettronica negativa agente sul nucleo positivo sarebbe dovuta solo alla porzione di nube racchiusa dalla sfera di raggio x. La porzione di nube all'esterno della sfera di raggio x non esercita alcuna forza sul nucleo. Ora, il volume della sfera di raggio x è (4/3)πx3 e il volume della sfera di raggio R è (4/3)πR3.
Ora, la carica negativa totale della nube elettronica è -Ze e abbiamo già considerato che è distribuita uniformemente nel volume della nube.

Pertanto, la quantità di carica negativa racchiusa dalla sfera di raggio x è,

Solo questa quantità di carica eserciterà una forza coulombiana sul nucleo. Quindi, secondo la legge di Coulomb, la forza sarebbe

In condizioni di equilibrio,

Ora, il momento dipolare del nucleo è Zex poiché il momento dipolare è il prodotto della carica del nucleo e la distanza di spostamento. Inserendo l'espressione di x nell'espressione del momento dipolare, otteniamo,

La polarizzazione è definita come il numero di momenti dipolari per unità di volume del materiale. Se N è il numero di momenti dipolari per unità di volume, la polarizzazione sarebbe,

Dall'espressione sopra, si trova che la polarizzazione elettronica o atomica dipende dal raggio (o volume) dell'atomo e dal numero di atomi presenti nell'unità di volume del materiale.

Consideriamo un singolo atomo di numero atomico Z. Supponiamo che +e colombo sia la carica di ogni protone nel nucleo e -e colombo sia la carica di ogni elettrone che circonda il nucleo. Tutti gli elettroni orbitanti nell'atomo formano una nube sferica di carica negativa che circonda il nucleo carico positivamente. La carica del nucleo è +Ze colombo e la carica della nube elettronica negativa è -Ze colombo. Supponiamo anche che la carica negativa della nube elettronica sia distribuita omogeneamente su una sfera di raggio R. Quando non c'è influenza di un campo elettrico esterno, il centro di questa sfera e il centro del nucleo dell'atomo coincidono. Ora, supponiamo che un campo elettrico esterno di intensità E volt per metro venga applicato all'atomo. A causa di questo campo elettrico esterno, il nucleo dell'atomo si sposta verso l'intensità negativa del campo e la nube elettronica si sposta verso l'intensità positiva del campo.

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