Elektrická polarizace (veličina)

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Jump to navigation Jump to search

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.