Вектор поляризації

Шаблон:UniboxШаблон:Фізична теорія Вектор поляризації - наведений зовнішнім електричним полем дипольний момент одиниці об'єму речовини, кількісна характеристика діелектричної поляризації.

Позначається літерою $𝐏$, вимірюється в системі SI у В/м.

Фізична природа

Діелектрична поляризація зумовлена зсувом зв'язаних зарядів у зовнішньому електричному полі. Якщо виділити який небудь об'єм у діелектрику, то при прикладанні поля на його поверхні виникатимуть поверхневі електричні заряди ${\sigma }_{sur}$. Такі заряди можуть виникнути або завдяки зсуву електронної оболонки відносно ядра атома, або ж в результаті переорієнтації молекул, які мають власний дипольний момент. Нормальну до поверхні складову вектора поляризації визначають, як

$P_n=𝐏\cdot 𝐧={\sigma }_{sur},$

де $𝐧$ - орт нормалі до поверхні.

Можна ввести вектор електричної індукції $𝐃$, який зручний при описі електричного поля у суцільному середовищі:

$𝐃=𝐄+4\pi 𝐏$.

Зв'язок з електричним полем

Здебільшого зв'язок між вектором поляризації та електричним полем, яке зумовило поляризацію, лінійний і задається тензором поляризовності.

$𝐏=\hat{\alpha }𝐄$.

Певні речовини можуть бути поляризованими при відсутності електричного поля. До таких речовин належать піроелектрики - кристалічні речовини із спонтанною поляризацією й електрети - аморфні речовини, в яких наведена полем поляризація може зберігатися впродовж тривалого часу.

У випадку змінного електричного поля середовище може реагувати на зміну поля із запізненням. В такому випадку вектор поляризації в цей час залежатиме від напруженості прикладеного електричного поля в попередні моменти часу. В таких випадках говорять про часову дисперсію й записують співвідношення між вектором поляризації й електромагнітним полем у вигляді

$𝐏(t)=\underset{0}{\overset{\mathrm{\infty }}{\int }}\hat{\alpha }(t^{\prime })𝐄(t-t^{\prime })d{t}^{\prime }$.

Фур'є образи вектора поляризації і напруженості електричного поля в такому випадку зв'язані лінійним співвідношенням: $\mathbf{(}P{)}_{\omega }=\hat{\alpha }(\omega ){𝐄}_{\omega }$,

де

$\hat{\alpha }(\omega )=\underset{0}{\overset{\mathrm{\infty }}{\int }}\hat{\alpha }(t)e^{i\omega t}dt$.

Якщо електромагнітне поле неоднорідне в просторі, як, наприклад, у випадку розповсюдження електромагнітних хвиль, і взаємодіє із збудженнями в речовині, які мають довжину хвилі порядка довжини електромагнітної хвилі, то значення поляризації в певній точці простору може залежати від значення напруженості електричного поля в сусідніх точках простору. В таких випадках говорять про просторову дисперсію.

$𝐏(t,𝐫)=\int d^3{r}^{\prime }\underset{0}{\overset{\mathrm{\infty }}{\int }}\hat{\alpha }(t^{\prime },{𝐫}^{\prime })𝐄(t-t^{\prime },𝐫-{𝐫}^{\prime })d{t}^{\prime }$.

В сильних електричних полях зв'язок між поляризацією й електричним полем може відрізнятися від лінійного. Явища, які за цього виникають вивчаються, наприклад, у нелінійній оптиці.

Див. також

• Вектор намагніченості

Примітки

Шаблон:Physics-stub