Elektrická polarizace (veličina)

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Elektrická polarizace (někdy také nazývána hustota polarizace nebo hustota elektrického dipólového momentu) je vektorová fyzikální veličina, která vyjadřuje účinek vnějšího elektrického pole na dielektrikum.

Značení, definice a jednotky[editovat | editovat zdroj]

  • Doporučené značení:[1] P, případně Di[pozn. 1]
  • Definice:[1]
    Elektrická polarizace je definována vztahem:[1]
    , kde E a D jsou vektory intenzity elektrického pole a elektrické indukce, ε0 je permitivita vakua
  • Jednotky:[1][2]
    Hlavní jednotkou v SI je 1 coulomb na metr čtvereční, značka 1 C·m−2
    Používanými (dříve normou doporučovanými) násobky a díly jsou
    • 1 kilocoulomb na čtverečný metr, značka 1 kC·m−2
    • 1 milicoulomb na čtverečný metr, značka 1 mC·m−2
    • 1 mikrocoulomb na čtverečný metr, značka 1 μC·m−2
    • zastaralou jednotkou, dnes již neodpovídající doporučené tvorbě násobků, je 1 coulomb na čtverečný centimetr, značka 1 C·cm−2 = 104 C·m−2

Vlastnosti a výpočet[editovat | editovat zdroj]

Závislost na vnějším poli[editovat | editovat zdroj]

V lineárním dielektriku je elektrická polarizace přímo úměrná intenzitě elektrického pole. Koeficient úměrnosti se zpravidla zapisuje pomocí součinu více veličin:

, kde

Platnost tohoto vztahu se rozšiřuje i na neizotropní lineární dielektrika, relativní permitivitu a elektrickou susceptibilitu je pak třeba chápat jako tenzory 2. řádu.

Nelineární závislost pak mají např. tzv. feroelektrické látky (feroelektrika), u kterých se v určitém intervalu teplot vyskytuje anomální závislost polarizace na vnějším elektrickém poli, zvaná (stejně jako u obdobných feromagnetik) hysterezní křivka. Při poklesu vnějšího elektrického pole na nulu se u nich může udržet nenulová elektrická polarizace a tedy i nenulová elektrická indukce. Příkladem takových látek je Seignettova sůl (NaKC4H4O6· 4H2O) nebo titaničitan barnatý (BaTiO3).

Jiným typem látek s trvalou (nenulovou) elektrickou polarizací jsou tzv. elektrety.

Mikroskopické vysvětlení[editovat | editovat zdroj]

Elektrická polarizace je rovna objemové hustotě elektrického dipólového momentu p v prostředí:

, resp. ,
kde naznačená derivace a integrace se bere v tzv. makroskopickém smyslu, tedy limitní proces končí na elementech objemu, ve kterých se ještě neprojevuje částicová struktura látek.

Vzhledem k částicové struktuře látek lze polarizaci vyjádřit jako podíl součtu všech dipólových momentů pi jednotlivých částic v dané oblasti dielektrika a objemu V této oblasti:

.

Obecné vysvětlení jevu elektrické polarizace tedy spočívá ve vázaných elektrických nábojích vytvářejících permanentní a indukované elektrické dipóly. Podstatu a vlastnosti chování elektrické polarizace však vysvětlují až teorie materiálových konstant, vycházející z mikroskopické struktury látek. Zkoumají závislost dipólových momentů jednotlivých částic dielektrických látek na lokálním poli i jejich vzájemnou interakci ve struktuře těchto látek.[3][4]

Poznámky[editovat | editovat zdroj]

  1. tedy příspěvek k elektrické indukci s vnitřním (interním) původem; na rozdíl od příspěvku vnějšího pole ε0E

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. a b c d ČSN EN 80000-6 Veličiny a jednotky - Část 6: Elektromagnetismus. Český normalizační institut, leden 2009. Platná od 1. 2. 2009.
  2. ŠINDELÁŘ, Václav; SMRŽ, Ladislav; BEŤÁK, Zdeněk. Nová soustava jednotek. 3.. vyd. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1981. 672 s. (Odborná literatura pro učitele). 14-539-81. Kapitola IV. Veličiny odvozené, D. Elektřina a magnetismus, s. 324.  
  3. HORÁK, Zdeněk; KRUPKA, František. Fyzika. 3.. vyd. Praha : SNTL a ALFA, 1981. 1133 s. 04-017-81. Kapitola 6.2.5, 6.2.6, s. 523–527.  
  4. SEDLÁK, Bedřich; ŠTOLL, Ivan. Elektřina a magnetismus. 1.. vyd. Praha : Academia a Karolinum, 1993. 601 s. ISBN 80-200-0172-7, ISBN 80-7066-715-X. Kapitola 7.6 Základy teorie materiálových konstant, s. 451–459.