Einleitung
Die dielektrische Polarisation beschreibt das Verhalten eines Materials, wenn ein externes elektrisches Feld angelegt wird. Ein einfaches Bild kann am Beispiel eines Kondensators erstellt werden. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für ein dielektrisches Material zwischen zwei leitenden parallelen Platten. Die Ladungen im Material reagieren auf das von den Platten verursachte elektrische Feld.
Mit dem Kondensatormodell ist es möglich, die relative Permittivität oder die Dielektrizitätskonstante des Materials zu definieren, indem seine relative Permittivität dem Verhältnis der gemessenen Kapazität und der Kapazität eines Testkondensators entspricht, das auch gleich der absoluten Permittivität des Materials geteilt durch die Permittivität des Vakuums ist.
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Die Dielektrizitätskonstante ist ein wichtiger Begriff, da ein anderer Begriff, der als elektronische Polarisierbarkeit oder \(\alpha_e\) bekannt ist, mit der Dielektrizitätskonstante in Verbindung gebracht werden kann. Die elektronische Polarisierbarkeit ist ein mikroskopisches Polarisationsphänomen, das in allen Materialien auftritt und einer der Hauptmechanismen ist, die die dielektrische Polarisation antreiben.
Um zu erklären, wie sich die Dielektrizitätskonstante auf die elektronische Polarisierbarkeit eines Materials bezieht, sollte die Polarisation oder P eines Materials bestimmt werden. Die Polarisation eines Materials ist definiert als das gesamte Dipolmoment pro Volumeneinheit, und seine Gleichung ist,
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wobei der \(\chi\) -Term als die elektrische Suszeptibilität des Materials bekannt ist, das durch die Gleichung \(\chi = \epsilon_r – 1\) . Dann wird aus der Substitution von \(\epsilon_r – 1\) durch \(\chi\) eine Gleichung bezüglich der relativen Permittivität und der elektronischen Polarisierbarkeit bestimmt. \ Wobei N die Anzahl der Moleküle pro Volumeneinheit ist.Während diese Gleichung die Dielektrizitätskonstante mit der elektronischen Polarisierbarkeit in Beziehung setzt, repräsentiert sie nur das Material als Ganzes und berücksichtigt nicht das lokale Feld oder das Feld, das ein Molekül in einem Dielektrikum erfährt. Dieses Feld ist als Lorentzfeld bekannt, und die Gleichung, um dies zu definieren, ist gegeben als,
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und durch Ersetzen dieses Wertes für das in der vorherigen Methode verwendete Feld wird die folgende Gleichung bestimmt
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Diese Gleichung ist als Clausius-Mossotti-Gleichung bekannt und ist der Weg zum Austausch zwischen der mikroskopischen Eigenschaft der elektronischen Permittivität und der Dielektrizitätskonstante. Neben der Kenntnis der elektronischen Polarisierbarkeit eines Materials gibt es auch andere Unterfaktoren wie chemische Zusammensetzung und Bindungsart, die das gesamte dielektrische Verhalten eines Materials bestimmen. Die elektronische Polarisation ist jedoch immer einem dielektrischen Material inhärent.
