Johdanto
Dielektrinen polarisaatio on termi annettu kuvaamaan käyttäytymistä materiaalin, kun ulkoinen sähkökenttä on sovellettu sitä. Yksinkertainen kuva voidaan tehdä käyttämällä kondensaattori esimerkkinä. Alla olevassa kuvassa on esimerkki dielektrisestä materiaalista kahden johtavan yhdensuuntaisen levyn välissä. Materiaalin latauksilla on vaste levyjen aiheuttamaan sähkökenttään.
kondensaattorimallin avulla on mahdollista määritellä materiaalin suhteellinen permittiivisyys tai dielektrisyysvakio asettamalla sen suhteellinen permittiivisyys vastaamaan mitatun kapasitanssin ja testikondensaattorin kapasitanssin suhdetta, joka on myös sama kuin materiaalin absoluuttinen permittiivisyys jaettuna tyhjiön permittiivisyydellä.
\
dielektrisyysvakio on tärkeä termi, koska dielektrisyysvakioon voi liittyä toinenkin termi, joka tunnetaan nimellä elektroninen polarisoituvuus tai \(\alpha_e\). Elektroninen polarisoituvuus on mikroskooppinen polarisaatioilmiö, joka esiintyy kaikissa materiaaleissa ja on yksi tärkeimmistä mekanismeista, jotka ajavat dielektristä polarisaatiota.
jotta voidaan selittää, miten dielektrisyysvakio liittyy materiaalin elektroniseen polarisoituvuuteen, on määritettävä materiaalin polarisaatio eli P. Materiaalin polarisaatio määritellään kokonaisdipolimomentiksi tilavuusyksikköä kohti, ja sen yhtälö on
\
, missä \(\chi\) termi tunnetaan yhtälön \(\chi = \epsilon_r – 1\) antamana materiaalin sähköherkkyytenä. Kun \(\epsilon_r – 1\) korvataan \(\chi\), määritetään yhtälö, joka liittyy suhteelliseen permittiivisyyteen ja elektroniseen polarisoituvuuteen. \ Missä N on molekyylien määrä tilavuusyksikköä kohti.
vaikka tämä yhtälö liittääkin dielektrisyysvakion elektroniseen polarisoituvuuteen, se esittää vain materiaalin kokonaisuutena, eikä toteuta paikallista kenttää tai molekyylin dielektrisessä tilassa kokemaa kenttää. Tätä kenttää kutsutaan Lorentzin kentäksi, ja tämän määrittelevä yhtälö annetaan muodossa
\
ja korvaamalla tämä arvo takaisin edellisessä menetelmässä käytetylle kentälle saadaan seuraava yhtälö
\
tämä yhtälö tunnetaan Clausius-Mossottin yhtälönä ja on tapa vaihtaa elektronisen permittiivisyyden mikroskooppisen ominaisuuden ja dielektrisyysvakion välillä. Materiaalin elektronisen polarisoituvuuden tuntemisen lisäksi on olemassa myös muita osatekijöitä, kuten kemiallinen koostumus ja sidostyyppi, jotka määrittävät materiaalin koko dielektrisen käyttäytymisen. Elektroninen polarisaatio on kuitenkin aina luontaista dielektriselle materiaalille.
