introduktion
dielektrisk polarisering är termen som ges för att beskriva beteendet hos ett material när ett externt elektriskt fält appliceras på det. En enkel bild kan göras med hjälp av en kondensator som ett exempel. Figuren nedan visar ett exempel på ett dielektriskt material mellan två ledande parallella plattor. Laddningarna i materialet kommer att ha ett svar på det elektriska fältet som orsakas av plattorna.
med hjälp av kondensatormodellen är det möjligt att definiera materialets relativa permittivitet eller dielektriska konstant genom att ställa in dess relativa permittivitet motsvarande förhållandet mellan den uppmätta kapacitansen och kapacitansen hos en testkondensator, vilket också är lika med materialets absoluta permittivitet dividerat med vakuumets permittivitet.
\
dielektricitetskonstanten är en viktig term, eftersom en annan term som kallas elektronisk polariserbarhet eller \(\alpha_e\) kan relateras till dielektricitetskonstanten. De elektronisk polariserbarhet är ett mikroskopiskt polarisationsfenomen som förekommer i alla material och är en av huvudmekanismerna som driver dielektrisk polarisering.
för att förklara hur den dielektriska konstanten relaterar till ett materials elektroniska polariserbarhet bör polarisationen eller P för ett material bestämmas. Polariseringen av ett material definieras som det totala dipolmomentet per volymenhet och dess ekvation är
\
där termen \(\chi\) är känd som den elektriska känsligheten hos materialet som ges av ekvationen \(\chi = \epsilon_r – 1\). Sedan, från att ersätta \(\epsilon_r – 1\) för \(\chi\), bestäms en ekvation som relaterar den relativa permittiviteten och den elektroniska polariserbarheten. \ Där N är antalet molekyler per volymenhet.
även om denna ekvation relaterar den dielektriska konstanten med den elektroniska polariserbarheten, representerar den bara materialet som helhet och träder inte i kraft det lokala fältet eller fältet som upplevs av en molekyl i en dielektrisk. Detta fält är känt som Lorentz-fältet, och ekvationen för att definiera detta ges som,
\
och genom att ersätta detta värde tillbaka för fältet som användes i den tidigare metoden bestäms följande ekvation
\
denna ekvation är känd som Clausius-Mossotti-ekvationen och är vägen till utbyte mellan den mikroskopiska egenskapen för elektronisk permittivitet och den dielektriska konstanten. Förutom att känna till ett materials elektroniska polariserbarhet finns det också andra delfaktorer, såsom kemisk sammansättning och bindningstyp som bestämmer det totala dielektriska beteendet hos ett material. Elektronisk polarisering är emellertid alltid inneboende i ett dielektriskt material.
