Elektrische Suszeptibilität
In der Elektromagnetik ist die elektrische Suszeptibilität, χe, eine dimensionslose Proportionalitätskonstante, die das Maß der Polarisation eines dielektrischen Materials in Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld anzeigt. Je größer die elektrische Suszeptibilität, desto größer ist die Fähigkeit eines Materials, in Reaktion auf das Feld zu polarisieren, wodurch das gesamte elektrische Feld im Material reduziert wird.
Elektrische Suszeptibilität wird definiert als die Proportionalitätskonstante der induzierten dielektrischen Polarisation P zu einem elektrischen Feld E. Wenn ein dielektrisches Material ein linearer Dielektriker ist, dann ist das Verhältnis:
Die Suszeptibilität erweist sich als mit ihrer relativen Permittivität, auch als dielektrische Konstante εr bekannt, verwandt:
Elektrische Polarisation
Im Gegensatz zu Metallen, bei denen Ladungen frei im Material bewegbar sind, sind in Dielektrika alle Ladungen an spezifische Atome und Moleküle gebunden. Diese Ladungen werden als gebundene Ladungen bezeichnet und können jedoch durch Anwendung eines elektrischen Feldes innerhalb eines Atoms oder eines Moleküls verschoben (polarisiert) werden.
Elektrische Polarisation ist eine leichte relative Verschiebung von positiven und negativen elektrischen Ladungen in entgegengesetzte Richtungen innerhalb von Atomen oder Molekülen eines Isolators oder Dielektrikums, die durch ein äußeres elektrisches Feld induziert wird. Diese mikroskopischen Verschiebungen sind nicht so dramatisch wie die Umordnung der Ladung in einem Leiter, aber ihre kumulativen Effekte sind für das charakteristische Verhalten von dielektrischen Materialien verantwortlich.
Typen der Polarisation
Es gibt drei Arten der Polarisation:
- Elektronische Polarisation: Hierbei werden bei Anwendung des externen Feldes die Elektronenwolken von Atomen in Bezug auf die schweren Kerne innerhalb der Dimensionen dieser Atome verschoben. Dies wird als elektronische Polarisation bezeichnet.
- Orientierungspolarisation: Orientierungspolarisation ist eine Polarisation, die entweder inhärent in Molekülen vorhanden ist oder in jedem Molekül induziert werden kann, in dem eine asymmetrische Verzerrung der Kerne möglich ist (Verzerrungspolarisation). Polare Moleküle sind diejenigen Arten von Dielektrika, bei denen die Chancen positiver und negativer Moleküle zusammenzustoßen gleich null oder null sind. Dies liegt daran, dass sie alle asymmetrisch geformt sind. H2O ist ein typisches Beispiel. Wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist, bewegt sich das elektrische Dipolmoment dieser Moleküle in einer unvorhersehbaren Richtung. Das durchschnittliche Dipolmoment ist 0 als Folge davon. Wenn ein externes elektrisches Feld vorhanden ist, werden sich die Moleküle in dieselbe Richtung wie das elektrische Feld ausrichten.
- Ionische Polarisation: Ionische Polarisation ist eine Polarisation, die durch relative Verschiebungen zwischen positiven und negativen Ionen in ionischen Kristallen (zum Beispiel NaCl) verursacht wird.
Insgesamt beeinflusst die elektrische Suszeptibilität die elektrische Permittivität des Materials und wirkt sich somit auf viele andere Phänomene in diesem Medium aus, von der Kapazität von Kondensatoren bis zur Geschwindigkeit des Lichts.
