Polarização (dielétrica)

A polarização (ou mais exatamente o vetor de polarização ) é um vetor de grandezas físicas macroscópicas usado no estudo de propriedades dielétricas de materiais . Ele designa a densidade de volume do momento dipolar eletrostático . Sua unidade no Sistema Internacional é de C / m 2 . Este conceito foi introduzido por Faraday enquanto ele estudava o comportamento de isoladores elétricos em campos eletrostáticos.

Em um dielétrico perfeito, não existem cargas elétricas livres. Em particular, um campo elétrico aplicado não causa uma corrente elétrica . Mas as cargas elétricas relacionadas provavelmente se moverão por pequenas distâncias ou vibrarão sob a influência de um campo elétrico : há então o aparecimento de uma polarização.

Tipos

Do ponto de vista microscópico, vários fenômenos ocorrem sob o efeito de um campo elétrico:

a polarização eletrônica devido ao deslocamento e deformação da nuvem de elétrons , esta polarização é geralmente definida em um tempo muito curto (~ 10 -15 s ).
o atômico polarizado ou iônico devido a deslocamentos de átomos ou íons, o último também tem um tempo de sedimentação muito curto (~ 10 -13 a 10 -12 s ).
a polarização de orientação (dipolar ou - Por): se as moléculas submetidas ao campo elétrico com momento de dipolo permanente, tendem a se orientar na direção desse campo. O tempo de orientação dos dipolos é muito maior do que nos dois casos anteriores (~ 10-9 a 10 5 s ) devido à grande diversidade dos dipolos envolvidos e seu ambiente molecular. A polarização de orientação é fortemente dependente da temperatura.
a polarização interfacial (ou -π da carga espacial): Esta polarização aparece em materiais heterogêneos. Decorre do acúmulo de cargas elétricas nas interfaces entre as diferentes fases que constituem o material, quando estas possuem diferentes permissividades e condutividades. Este mecanismo induz um momento dipolar macroscópico com um longo tempo de estabilização (> 10 3 s ).

Esses fenômenos podem criar numerosos dipolos eletrostáticos microscópicos. A polarização é simplesmente a medição do momento de dipolo microscópico levando em consideração o volume microscópico. Se denotarmos o momento de dipolo microscópico ou elementar por e o volume elementar por $d$ $V$ (ou $d$ $τ$ ), temos: ${\ displaystyle d {\ vec {p}}}$

{\ displaystyle {\ vec {P}} = {\ mathrm {d} {\ vec {p}} \ over \ mathrm {d} V}}

Essas notações não são escolhidas ao acaso, porque levam à equação que dá o momento de dipolo elétrico de um objeto:

{\ displaystyle {\ vec {p}} = \ iiint {\ vec {P}} \, \ mathrm {d} V}

Além disso, vemos a analogia completa com o momento magnético e a magnetização : ${\ vec m}$ ${\ vec M}$

{\ displaystyle {\ vec {M}} = {\ mathrm {d} {\ vec {m}} \ over \ mathrm {d} V}, \ quad {\ vec {m}} = \ iiint {\ vec { M}} \, \ mathrm {d} V}

Materiais eletricamente encomendados

Em alguns materiais, ocorre uma polarização elétrica no estado espontâneo, mesmo na ausência de um campo elétrico externo. Diferentes ordens elétricas, ou seja, diferentes arranjos dos dipolos eletrostáticos no material, são então possíveis. A situação é, em princípio, semelhante aos materiais ordenados magneticamente. É também dos materiais magnéticos que o vocabulário que designa essas diferentes ordens foi herdado.

Em um material ferroelétrico , por exemplo PbTiO 3 , os dipolos eletrostáticos em duas malhas vizinhas são alinhados na mesma direção.

Em um material antiferroelétrico , por exemplo PbZrO 3 , os dipolos eletrostáticos em duas malhas vizinhas estão alinhados em direções opostas.

Polarização induzida por campo, suscetibilidade elétrica

No caso em que a polarização é devida a um campo elétrico aplicado ao material, escrevemos na primeira ordem que a polarização induzida é simplesmente proporcional ao campo elétrico: ${\ vec E}$

{\ displaystyle {\ vec {P}} = \ varepsilon _ {0} \ chi \, {\ vec {E}}}

onde está a permissividade do vácuo e a suscetibilidade elétrica do material. ${\ displaystyle \ varepsilon _ {0} \,}$ $\ chi \,$

Esta relação é correta e suficiente para um material isotrópico e para um campo elétrico não muito intenso. Ajuda a compreender um grande número de fenômenos, como refração , reflexão e absorção da luz. Para materiais anisotrópicos , a relação deve ser modificada para compreender o fenômeno da birrefringência .

No caso de um campo elétrico intenso, a aproximação anterior não é mais suficiente. Termos de ordem superior devem ser considerados. Este é o campo da óptica não linear .

Notas e referências

Richard Taillet, Dicionário de física (4ª edição) , Louvain-la-Neuve, De Boeck Supérieur,janeiro de 2018, 956 p. ( ISBN 978-2-8073-0744-5 , leitura online ) , p. 581

Polarização (dielétrica)

Tipos

Materiais eletricamente encomendados

Polarização induzida por campo, suscetibilidade elétrica

Notas e referências

Veja também

Artigos relacionados