방향성 분극
방향성 분극이란 외부 전기장에 반응하여 재료 내의 분자나 입자들이 정렬됨으로써 발생하는 분극 유형입니다. 전기장에서, 극성 분자나 입자들은 전기장 방향과 일치하도록 회전하여 전하의 분리와 쌍극자 모멘트의 생성을 유발할 수 있습니다. 이 현상을 방향성 분극이라고 합니다. 방향성 분극의 크기는 전기장의 강도, 분자나 입자의 쌍극자 모멘트, 그리고 재료의 온도와 같은 요소들에 의존합니다. 이 효과는 극성 모멘트가 크고 온도가 낮은 재료에서 가장 강합니다. 방향성 분극은 재료 과학, 전기화학, 생물물리학을 포함한 많은 과학 분야에서 중요합니다. 또한 액정과 같은 중간 상태의 재료에서의 행동에 있어 핵심 요소이며, 이는 액체와 고체 사이의 중간 속성을 나타내며 디스플레이 기술에서 중요한 응용을 가지고 있습니다.
전기 분극
금속과 달리, 전하들이 재료 전체에서 자유롭게 이동할 수 있는 것이 아니라, 유전체에서는 모든 전하들이 특정 원자나 분자에 부착되어 있습니다. 이러한 전하들을 경계 전하라고 합니다. 그러나 이 전하들은 외부 전기장의 적용에 의해 원자나 분자 내에서 이동(분극)될 수 있습니다. 외부 전기장에 의해 유도된 원자나 분자 내에서 양전하와 음전하의 상대적인 작은 이동을 전기 분극이라고 합니다. 이러한 미시적인 이동은 도체에서의 전하 재배열만큼 극적이지는 않지만, 그들의 누적 효과는 유전체 재료의 특성적인 행동을 설명합니다. 유전체 재료에 외부 전기장이 적용되면, 이 재료는 분극되어 쌍극자 모멘트를 획득하게 됩니다. 이 유전체의 성질을 극성화율이라고 합니다.
분극의 유형
전자 분극: 외부 전기장이 적용될 때, 원자의 전자 구름이 이 원자들의 무거운 핵에 비해 차원 내에서 이동됩니다. 이를 전자 분극이라고 합니다.
방향성 분극: 방향성 분극은 분자에 본래 내재되어 있거나, 비대칭적인 핵의 왜곡이 가능한 모든 분자에서 유도될 수 있는 분극입니다. 극성 분자는 양성자와 음성자의 충돌 가능성이 없거나 제로인 유전체의 유형입니다. 이는 모두 비대칭적인 형태를 가지고 있기 때문입니다. 예를 들어, H2O는 전형적인 예입니다. 전기장이 없을 때, 이 분자들의 전기 쌍극자 모멘트는 예측할 수 없는 방향으로 움직입니다. 이 결과로 인해 평균 쌍극자 모멘트는 0입니다. 외부 전기장이 있으면, 분자들은 전기장과 같은 방향으로 집합하게 됩니다.
이온 분극: 이온 분극은 이온 결정체(예: NaCl) 내에서 양이온과 음이온 사이의 상대적인 이동에 의해 발생하는 분극입니다.
