Polarização Elétrica

Devido à influência do campo elétrico externo, o centro do núcleo e o centro da nuvem de elétrons se separam, desenvolvendo uma força de atração entre eles de acordo com a lei de Coulomb. Suponha que, na distância de separação x entre o centro do núcleo e a nuvem de elétrons, o equilíbrio seja estabelecido. Isso significa que, na distância de separação x, as forças atuando no núcleo ou na nuvem de elétrons devido ao campo elétrico externo e de acordo com a lei de Coulomb se tornam iguais e opostas. É óbvio que o raio do núcleo é muito maior do que o da nuvem de elétrons. Portanto, em relação à nuvem de elétrons, o núcleo pode ser considerado como uma carga pontual. Assim, a força eletrostática atuando no núcleo seria +E.Z.e. Agora, o núcleo foi deslocado do centro da nuvem de elétrons por uma distância x.

De acordo com o teorema de Gauss, a força devido à nuvem de elétrons negativos atuando sobre o núcleo positivo seria apenas devido à parte da nuvem contida pela esfera de raio x. A parte da nuvem fora da esfera de raio x não exerce nenhuma força no núcleo. Agora, o volume da esfera de raio x é (4/3)πx3 e o volume da esfera de raio R é (4/3)πR3.
Agora, a carga negativa total da nuvem de elétrons é -Ze e já consideramos que ela está distribuída uniformemente por todo o volume da nuvem.

Portanto, a quantidade de carga negativa contida pela esfera de raio x é,

Apenas essa quantidade de carga aplicará força coulombiana no núcleo. Portanto, de acordo com a lei de Coulomb, a força seria

Na condição de equilíbrio,

O momento dipolar do núcleo é Zex, pois o momento dipolar é o produto da carga do núcleo e a distância de deslocamento. Agora, colocando a expressão de x na expressão do momento dipolar, obtemos,

A polarização é definida como o número de momentos dipolares por unidade de volume do material. Se N é o número de momentos dipolares por unidade de volume, a polarização seria,

Da expressão acima, verifica-se que a polarização eletrônica ou polarização atômica depende do raio (ou volume) do átomo e do número de átomos presentes por unidade de volume do material.

Vamos considerar um único átomo de número atômico Z. Suponha que +e coulomb é a carga de cada próton no núcleo e -e coulomb é a carga de cada elétron que rodeia o núcleo. Todos os elétrons orbitais no átomo formam uma nuvem esférica de carga negativa que rodeia o núcleo carregado positivamente. A carga do núcleo é +Ze coulombs e a carga da nuvem negativa de elétrons é -Ze coulombs. Vamos também assumir que a carga negativa da nuvem de elétrons está homogeneamente distribuída em uma esfera de raio R. Quando não há influência de qualquer campo elétrico externo, o centro dessa esfera e o centro do núcleo do átomo coincidem. Agora, suponha que um campo elétrico externo de intensidade E volts por metro seja aplicado no átomo. Devido a este campo elétrico externo, o núcleo do átomo é deslocado em direção à intensidade negativa do campo e a nuvem de elétrons é deslocada em direção à intensidade positiva do campo.

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