Orientierungspolarisation
Orientierungspolarisation ist eine Art der Polarisation, die durch die Ausrichtung von Molekülen oder Partikeln in einem Material als Reaktion auf ein externes elektrisches Feld entsteht. In einem elektrischen Feld können polare Moleküle oder Partikel sich drehen, um sich in Richtung des Feldes auszurichten. Dies führt zu einer Trennung von Ladungen und zur Erzeugung eines Dipolmoments. Diese Wirkung ist als Orientierungspolarisation bekannt. Die Stärke der Orientierungspolarisation hängt von Faktoren wie der Stärke des elektrischen Feldes, dem Dipolmoment der Moleküle oder Partikel und der Temperatur des Materials ab. Der Effekt ist in Materialien mit hohen Dipolmomenten und niedrigen Temperaturen am stärksten ausgeprägt. Orientierungspolarisation spielt in vielen Bereichen der Wissenschaft eine wichtige Rolle, einschließlich Materialwissenschaft, Elektrochemie und Biophysik. Sie ist auch ein Schlüsselfaktor im Verhalten von Flüssigkristallen, die Eigenschaften zwischen denen von Flüssigkeiten und Festkörpern aufweisen und wichtige Anwendungen in der Displaytechnologie haben.
Elektrische Polarisation
Im Gegensatz zu Metallen, in denen Ladungen sich frei durch das Material bewegen können, sind in Dielektrika alle Ladungen an spezifische Atome und Moleküle gebunden. Diese Ladungen werden als gebundene Ladungen bezeichnet. Diese Ladungen können jedoch durch Anwendung eines elektrischen Feldes innerhalb eines Atoms oder Moleküls verschoben (polarisiert) werden. Elektrische Polarisation ist eine geringfügige relative Verschiebung von positiven und negativen elektrischen Ladungen in entgegengesetzte Richtungen innerhalb von Atomen oder Molekülen eines Isolators oder Dielektrikums, induziert durch ein externes elektrisches Feld. Diese mikroskopischen Verschiebungen sind nicht so dramatisch wie die Umlagerung von Ladung in einem Leiter, aber ihre kumulativen Effekte sind für das charakteristische Verhalten von dielektrischen Materialien verantwortlich.
Wenn ein externes elektrisches Feld auf ein dielektrisches Material angewendet wird, wird dieses Material polarisiert, was bedeutet, dass es ein Dipolmoment erwirbt. Diese Eigenschaft von Dielektrika wird als Polarisierbarkeit bezeichnet. Wenn ein elektrisches Feld auf ein Molekül wirkt, werden die positiven Ladungen entlang des Feldes verschoben, während die negativen Ladungen in eine Richtung entgegengesetzt zu der des Feldes verschoben werden. Die Wirkung besteht also darin, die entgegengesetzten Ladungen auseinanderzuziehen, d.h., das Molekül zu polarisieren.
Arten der Polarisation
Es gibt drei Arten der Polarisation:
- Elektronische Polarisation: Hierbei werden bei Anwendung eines äußeren Feldes die Elektronenwolken von Atomen relativ zu den schweren Kernen innerhalb der Dimensionen dieser Atome verschoben. Dies wird als elektronische Polarisation bezeichnet.
- Orientierungspolarisation: Orientierungspolarisation ist eine Polarisation, die entweder inhärent für Moleküle ist oder in jedem Molekül induziert werden kann, in dem die asymmetrische Verzerrung der Kerne möglich ist (Verzerrungspolarisation). Polare Moleküle sind solche Dielektrika, bei denen die Chancen des Zusammenstoßes von positiven und negativen Molekülen gleich null oder sehr gering 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 in Folge dessen 0. Wenn ein externes elektrisches Feld vorhanden ist, ordnen sich die Moleküle in dieselbe Richtung wie das elektrische Feld an.
- Ionische Polarisation: Ionische Polarisation ist eine Polarisation, die durch relative Verschiebungen zwischen positiven und negativen Ionen in ionischen Kristallen (zum Beispiel NaCl) verursacht wird.
