Електронна поляризація

Оскільки через вплив зовнішнього електричного поля центр ядра і центр хмари електронів розділені, між ними виникає сила притягання за законом Кулона. Нехай на відстані розриву між центром ядра та хморою електронів x встановлюється рівновага. Це означає, що на відстані розриву x сили, що діють на ядро або хмару електронів через зовнішнє електричне поле та за законом Кулона, стають однаковими, але протилежними. Очевидно, що радіус ядра набагато більший, ніж радіус хмари електронів. Тому відносно хмари електронів ядро можна розглядати як точковий заряд. Отже, електростатична сила, що діє на ядро, буде +E.Z.e. Тепер ядро змістилося від центру хмари електронів на відстань x.

За теоремою Гаусса, сила, що діє на позитивне ядро через негативну хмару електронів, буде обумовлена лише тією частиною хмари, яка міститься всередині сфери радіусом x. Частина хмари, що знаходиться поза сферою радіусом x, не діє на ядро. Тепер, об'єм сфери радіусом x становить (4/3)πx3, а об'єм сфери радіусом R становить (4/3)πR3.
Тепер загальний негативний заряд хмари електронів становить -Ze, і ми вже прийняли, що він рівномірно розподілений по об'єму хмари.

Отже, кількість негативного заряду, що міститься всередині сфери радіусом x, становить,

Лише цей заряд буде діяти на ядро кулонівською силою. Отже, за законом Кулона, сила становить

У рівноважному стані,

Тепер дипольний момент ядра становить Zex, оскільки дипольний момент — це добуток заряду ядра та відстані зміщення. Тепер, підставляючи вираз для x у вираз для дипольного моменту, отримуємо,

Поляризація визначається як число дипольних моментів на одиницю об'єму матеріалу. Якщо N — це число дипольних моментів на одиницю об'єму, то поляризація становить,

З вищенаведеного виразу видно, що електронна поляризація або атомна поляризація залежить від радіуса (або об'єму) атому та числа атомів, що присутні в одиниці об'єму матеріалу.

Розглянемо окремий атом з атомним номером Z. Припустимо, що +e кулона — це заряд кожного протону в ядрі, а -e кулона — це заряд кожного електрона, який оточує ядро. Всі обертові електрони в атомі формують сферичну хмару негативного заряду, яка оточує позитивно заряджене ядро. Заряд ядра становить +Ze кулонів, а заряд негативної хмари електронів становить -Ze кулонів. Припустимо також, що негативний заряд електронної хмари рівномірно розподілений на сфері радіусом R. Коли немає впливу жодного зовнішнього електричного поля, центр цієї сфери і центр ядра атома співпадають. Тепер, припустимо, що на атом застосовується зовнішнє електричне поле інтенсивності E вольт на метр. Через це зовнішнє електричне поле ядро атома зміщується в напрямку від'ємної інтенсивності поля, а хмара електронів — в напрямку позитивної інтенсивності поля.

Заява: Поважайте оригінал, добре статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, зв'яжіться для видалення.