Elektronische Polarisation
Die elektronische Polarisation ist ein Phänomen, bei dem es zur Umverteilung von Elektronen in einem Molekül oder Material als Reaktion auf ein externes elektrisches Feld kommt. Vereinfacht ausgedrückt verschieben sich die negativ geladenen Elektronen innerhalb eines Materials oder Moleküls leicht in eine Richtung, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Dies führt zu einer temporären Trennung von Ladungen und zur Bildung eines Dipolmoments. Diese Wirkung ist in vielen Bereichen der Wissenschaft, einschließlich Chemie, Physik und Materialwissenschaft, von Bedeutung.
Beispielsweise spielt die elektronische Polarisation eine entscheidende Rolle im Verhalten von Materialien wie ferroelektrischen und piezoelektrischen Stoffen, die wichtige technologische Anwendungen in Bereichen wie Datenspeicherung und Sensorik haben. Sie ist auch wichtig für das Verhalten von Molekülen in chemischen Reaktionen und für die Eigenschaften von Materialien, die in elektronischen Geräten verwendet werden.
Elektrische Polarisation in Dielektrika
Im Gegensatz zu Metallen, in denen Ladungen sich frei durch das Material bewegen können, sind in Dielektrika alle Ladungen an bestimmte Atome und Moleküle gebunden. Diese Ladungen, die als gebundene Ladungen bekannt sind, können jedoch durch Anlegen eines elektrischen Feldes innerhalb eines Atoms oder Moleküls verschoben (polarisiert) werden. Die elektrische Polarisation ist eine leichte relative Verschiebung positiver und negativer elektrischer Ladung in entgegengesetzte Richtungen innerhalb der Atome oder Moleküle eines Isolators oder Dielektrikums, induziert durch ein äußeres elektrisches Feld.
Die mikroskopischen Verschiebungen sind zwar nicht so dramatisch wie die Umlagerung der Ladung in einem Leiter, aber ihre kumulativen Effekte erklären das charakteristische Verhalten von dielektrischen Materialien. Wenn ein externes elektrisches Feld auf ein dielektrisches Material angewendet wird, wird dieses Material polarisiert, d.h., es erwirbt ein Dipolmoment. Diese Eigenschaft von Dielektrika wird als Polarisierbarkeit bezeichnet.
Arten der Polarisation
Es gibt drei Arten der Polarisation:
- Elektronische Polarisation: Hierbei wird bei Anwendung des externen Feldes die Elektronenwolke der Atome in Bezug auf die schweren Kerne innerhalb der Abmessungen dieser Atome verschoben.
- Orientierungspolarisation: Orientierungspolarisation ist eine Polarisation, die entweder inhärent für Moleküle ist oder in jedem Molekül induziert werden kann, in dem eine asymmetrische Verzerrung der Kerne möglich ist (Verzerrungspolarisation). Polare Moleküle sind solche Arten von Dielektrika, bei denen die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zwischen positiven und negativen Molekülen null oder null ist, da 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, da sich diese Effekte gegenseitig aufheben. Wenn ein externes elektrisches Feld vorhanden ist, ordnen sich die Moleküle in dieselbe Richtung wie das elektrische Feld an.
- Ionische Polarisation: Ionische Polarisation ist die durch relative Verschiebungen zwischen positiven und negativen Ionen in ionischen Kristallen (zum Beispiel NaCl) verursachte Polarisation.
