Elektronisk polarisering

På grunn av påvirkning fra et eksternt elektrisk felt blir sentrumet i kjernen og sentrumet i elektronskyen adskilt, og det utvikles en tiltrekkende kraft mellom dem ifølge Coulombs lov. La oss si at ved avstanden x mellom sentrumet i kjernen og elektronskyen, oppnås likevekt. Dette betyr at ved avstanden x, er kreftene som virker på kjernen eller elektronskyen på grunn av det eksterne elektriske feltet og ifølge Coulombs lov like store og motsatt rettet. Det er åpenbart at radiusen til kjernen er mye større enn den til elektronskyen. Så i forhold til elektronskyen kan kjernen betraktes som et punktladet. Derfor vil den elektrostatiske kraften som virker på kjernen være +E.Z.e. Nå har kjernen blitt forskyvet fra sentrumet i elektronskyen med en avstand x.

Ifølge Gauss' teorem, vil kraften fra den negative elektronskyen som virker på den positive kjernen kun være på grunn av den delen av skyen som er inneholdt i sfæren med radius x. Den delen av skyen utenfor sfæren med radius x utøver ingen kraft på kjernen. Volumet av sfæren med radius x er (4/3)πx3 og volumet av sfæren med radius R er (4/3)πR3.
Nå er den totale negative ladningen i elektronskyen -Ze, og vi har allerede antatt at den er jevnt fordelt over hele volumet av skyen.

Derfor er mengden negativ ladning inneholdt i sfæren med radius x,

Kun denne mengden ladning vil utøve coulombkraft på kjernen. Så ifølge Coulombs lov, vil kraften være

Ved likevektsbetingelser,

Nå er dipolmomentet til kjernen Zex, da dipolmomentet er produktet av ladningen til kjernen og avstanden til forskyvning. Nå, ved å sette inn uttrykket for x i uttrykket for dipolmoment, får vi,

Polarisering defineres som antall dipolmomenter per enhetsvolum av materialet. Hvis N er antall dipolmomenter per enhetsvolum, vil polariseringen være,

Fra ovenstående uttrykk ser vi at elektronpolariseringen eller atompolariseringen er avhengig av radiusen (eller volumet) til atomet og antallet av atomer som er til stede i enhetsvolumet av materialet.

La oss betrakte et enkelt atom med atomnummer Z. La oss si at +e kulomb er ladningen til hvert proton i kjernen, og -e kulomb er ladningen til hvert elektron rundt kjernen. Alle baneelektroner i atomet danner en sfærisk sky av negativ ladning rundt den positivt ladde kjernen. Ladningen til kjernen er +Ze kulomb, og ladningen til den negative skyen av elektroner er -Ze kulomb. La oss også anta at den negative ladningen i elektronskyen er homogent fordelt på en sfære med radius R. Når det ikke er noen påvirkning fra et eksternt elektrisk felt, sammanfaller sentrumet av denne sfæren og sentrumet av kjernen i atomet. Nå, la oss si at et eksternt elektrisk felt med intensitet E volt per meter blir påført atomet. På grunn av dette eksterne elektriske feltet blir kjernen i atomet forskyvet mot negativ intensitet av feltet, mens elektronskyen blir forskyvet mot positiv intensitet av feltet.

Erklæring: Respekt for originaliteten, god artikkel verdt å dele, ved infringement kontakt for sletting.