Polarizacja elektryczna

Ponieważ wpływ zewnętrznego pola elektrycznego powoduje rozdzielenie środka jądra i środka chmury elektronowej, między nimi powstanie siła przyciągania zgodnie z prawem Coulomba. Załóżmy, że w odległości x, gdzie jest ustanowione równowagę, siły działające na jądro lub chmurę elektronową ze względu na pole elektryczne zewnętrzne i prawo Coulomba są takie same i przeciwstawne. Jest oczywiste, że promień jądra jest znacznie większy niż promień chmury elektronowej. Dlatego, z punktu widzenia chmury elektronowej, jądro można traktować jako ładunek punktowy. Zatem siła elektrostatyczna działająca na jądro wynosi +E.Z.e. Teraz jądro zostało przesunięte o odległość x od środka chmury elektronowej.

Zgodnie z twierdzeniem Gaussa, siła wywołana przez ujemną chmurę elektronową na dodatnio naładowane jądro będzie wynikać tylko z części chmury zawartej w sferze o promieniu x. Część chmury poza sferą o promieniu x nie wpływa na jądro. Objętość sfery o promieniu x wynosi (4/3)πx3, a objętość sfery o promieniu R wynosi (4/3)πR3.
Całkowity ujemny ładunek chmury elektronowej wynosi -Ze, a założyliśmy, że jest on jednostajnie rozłożony w całej objętości chmury.

Zatem ilość ujemnego ładunku zawartego w sferze o promieniu x to,

Tylko tyle ładunku będzie działać siłą kulombowską na jądro. Zatem, zgodnie z prawem Coulomba, siła wyniesie

W stanie równowagi,

Moment dipolowy jądra wynosi Zex, ponieważ moment dipolowy to iloczyn ładunku jądra i odległości przesunięcia. Podstawiając wyrażenie x do wyrażenia na moment dipolowy, otrzymujemy,

Polarizacja definiuje się jako liczba momentów dipolowych na jednostkę objętości materiału. Jeśli N to liczba momentów dipolowych na jednostkę objętości, polarizacja wyniesie,

Z powyższego wyrażenia wynika, że polarizacja elektroniczna lub atomowa zależy od promienia (lub objętości) atomu oraz liczby atomów w jednostce objętości materiału.

Rozważmy pojedynczy atom o liczbie atomowej Z. Załóżmy, że ładunek każdego protonu w jądrze wynosi +e kulum, a ładunek każdego elektronu otaczającego jądro wynosi -e kulum. Wszystkie elektrony orbitujące wokół jądra tworzą sferę ujemnego ładunku otaczającą dodatnio naładowane jądro. Ładunek jądra wynosi +Ze kulum, a ładunek ujemnej chmury elektronowej wynosi -Ze kulum. Załóżmy również, że ujemny ładunek chmury elektronowej jest jednostajnie rozłożony na sferze o promieniu R. Gdy nie ma wpływu żadnego zewnętrznego pola elektrycznego, środek tej sfery i środek jądra atomu pokrywają się. Teraz, załóżmy, że na atom zostaje przyłożone zewnętrzne pole elektryczne o intensywności E wolt na metr. Dzięki temu zewnętrznemu polu elektrycznemu jądro atomu przesuwa się w kierunku ujemnej intensywności pola, a chmura elektronowa przesuwa się w kierunku dodatniej intensywności pola.

Oświadczenie: Szacuj oryginał, dobre artykuły są wartego udostępniania, jak jest infringement proszę skontaktuj się z usunięciem.