Поляризо́ванностьГОСТ Р 52002-2003 http://www.gostrf.com/normadata/1/4294816/4294816193.pdf (вектор поляризации) — векторная физическая величина, равная дипольному моменту единицы объёма вещества, возникающему при его поляризации, количественная характеристика диэлектрической поляризации - стр. 61.
Обозначается буквой , в Международной системе единиц (СИ) измеряется в Кл/м2.
Определение Поляризованность определяется как электрический дипольный момент единицы объёма:
,
где — дипольный момент -го отдельного атома, — число атомов в объёме , — дипольный момент всех этих атомов.
В случае неоднородной среды поляризованность выражается как
,
где — суммарный дипольный момент атомов в объёме , и является функцией координат.
Физическая природа Диэлектрическая поляризация обусловлена локальным сдвигом зарядов в молекулах вещества во внешнем электрическом поле, по сравнению с их расположением при отсутствии электрического поля. На микроскопическом уровне причиной указанного сдвига может являться смещение электронной оболочки относительно ядра атома или же переориентация молекул, имеющих собственный дипольный момент.
В результате в диэлектрике возникают локальные нарушения электронейтральности, то есть появляется так называемый «связанный» заряд — объёмный ( символ от , Кл/м3) или поверхностный ( Кл/м2). Плотность заряда в конкретной точке пространства складывается из плотностей «стороннего» (иначе называемого «свободным», от ) и связанного: Связанный заряд появляется там же, где имеется сторонний заряд, а также в местах неоднородности диэлектрика и на его границах. Суммарно по всему диэлектрику, связанный заряд всегда равен нулю.
Объёмная плотность связанного заряда выражается через дивергенцию поляризованности:
Поверхностная плотность связанного заряда на границе диэлектрик—вакуум находится через нормальную к поверхности составляющую поляризованности:
где — орт нормали к поверхности.
Можно ввести вектор электрической индукции , который удобен при описании электрического поля в сплошной среде:
(СИ), (СГС).
При записи уравнений электродинамики необходимо различать упомянутые разновидности плотности заряда. Например, одно из уравнений Максвелла выглядит именно как а убрать индекс можно либо для вакуума, либо если оговорено, что в данном контексте сторонний заряд обозначен без индекса.
Вектор поляризованности может характеризовать как индуцированную, так и спонтанную поляризацию, то есть применим для описания состояния поляризации и обычных диэлектриков, и сегнетоэлектриков.
Связь с электрическим полем В основном зависимость между поляризованностью и электрическим полем, которое обусловило поляризацию, линейна, а именно:
(в системе СИ), (в системе СГС),
где — диэлектрическая восприимчивость.
В случае анизотропного материала связь поляризованности с полем задается через тензор поляризуемости:
Определённые вещества могут быть поляризованными при отсутствии электрического поля. К таким веществам относятся пироэлектрики — кристаллические вещества со спонтанной поляризацией и электреты — аморфные вещества, в которых наведённая полем поляризация может сохраняться на протяжении длительного времени.
Случай переменного поля В случае переменного электрического поля среда может реагировать на изменение поля с некоторым запозданием. В этом случае поляризованность в данный момент зависит от напряжённости приложенного электрического поля в предыдущие моменты времени. В таких случаях говорят о временно́й дисперсии и соотношения между поляризованностью и электромагнитным полем выглядят как:
Фурье-образы поляризованности и напряжённости электрического поля в таком случае связаны линейным соотношением:
где
Если электромагнитное поле неоднородно в пространстве, как, например, в случае распространения электромагнитных волн, и взаимодействует с возбуждениями в веществе, которые имеют длину волны порядка длины электромагнитной волны, то значение поляризованности в определённой точке пространства зависит от значения напряжённости электрического поля в соседних точках пространства. В таких случаях говорят о :
В сильных электрических полях зависимость между поляризованностью и электрическим полем может отличаться от линейной. Явления, которые при этом возникают, изучаются, например, в нелинейной оптике.
См. также Вектор намагниченности
Примечания
Категория:Физические величины Категория:Электродинамика сплошных сред