Вектор электрической поляризации

Электродинамика сплошных сред

Электродинамика сплошных сред

Основные понятия Поляризация диэлектриков Теорема Гаусса Электрический дипольный момент Электрический заряд Электрическая индукция Электрическое поле Электростатический потенциал Вещества Диэлектрик Магнитные материалы Ферромагнетики Антиферромагнетики ферримагнетики, Электродинамика Векторный потенциал Диполь Потенциалы Лиенара — Вихерта Сила Лоренца Ток смещения Униполярная индукция Уравнения Максвелла Электрический ток Электродвижущая сила Электромагнитная индукция Электромагнитное излучение Электромагнитное поле Эффекты Скин-эффект Законы Кирхгофа Индуктивность Радиоволновод Резонатор Электрическая ёмкость Электрическая проводимость Электрическое сопротивление Электрический импеданс Ковариантная формулировка Тензор электромагнитного поля Тензор энергии-импульса 4-ток · 4-потенциал

См. также: Портал:Физика

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 11 сентября 2011.

Основная статья: Поляризация диэлектриков

Вектор поляризации — векторная физическая величина, равная дипольному моменту единицы объёма вещества, возникающему при его поляризации, количественная характеристика диэлектрической поляризации.

Обозначается буквой $\mathbf{P}$, в СИ измеряется в В/м.

Физическая природа

Диэлектрическая поляризация обусловлена смещением связанных зарядов вещества во внешнем электрическом поле относительно их расположения при отсутвии внешнего электрического поля. Если выделить какой либо объём в диэлектрике, то в результате приложения поля на его поверхности могут возникнуть поверхностные электрические заряды $\sigma_{sur}$. Такие заряды могут возникнуть или благодаря смещению электронной оболочки относительно ядра атома, или же в результате переориентации молекул, которые имеют собственный дипольный момент.

Нормальную к поверхности составляющую вектора поляризации определяют как

$P_n = \mathbf{P} \cdot \mathbf{n} = \sigma_{sur},$

где $\mathbf{n}$ — орт нормали к поверхности.

Можно ввести вектор электрической индукции $\mathbf{D}$, который удобен при описании электрического поля в сплошной среде (СГС):

$\mathbf{D} = \mathbf{E} + 4\pi \mathbf{P}$^[1].

Связь с электрическим полем

В основном зависимость между вектором поляризации и электрическим полем, которое обусловило поляризацию, линейна и задается тензором поляризуемости.

$\mathbf{P} = \hat{\alpha}\mathbf{E}$.

Определённые вещества могут быть поляризованными при отсутствии электрического поля. К таким веществам относятся пироэлектрики — кристаллические вещества со спонтанной поляризацией и электреты — аморфные вещества, в которых наведённая полем поляризация может сохраняться на протяжении длительного времени.

В случае переменного электрического поля среда может реагировать на изменение поля с некоторым запозданием. В этом случае вектор поляризации в данный момент зависит от напряжённости приложенного электрического поля в предыдущие моменты времени. В таких случаях говорят о временной дисперсии и соотношения между вектором поляризации и электромагнитным полем выглядят как

$\mathbf{P}(t) = \int\limits_0^{\infty} \hat{\alpha}(t^\prime)\mathbf{E}(t-t^\prime) dt^\prime$.

Фурье-образы вектора поляризации и напряжённости электрического поля в таком случае связаны линейным соотношением: $\mathbf(P)_\omega = \hat{\alpha}(\omega)\mathbf{E}_\omega$, где

$\hat{\alpha}(\omega) = \int\limits_0^\infty \hat{\alpha}(t)e^{i\omega t} dt$.

Если электромагнитное поле неоднородно в пространстве, как, например, в случае распространения электромагнитных волн, и взаимодействует с возбуждениями в веществе, которые имеют длину волны порядка длины электромагнитной волны, то значение поляризации в определенной точке пространства зависит от значения напряжённости электрического поля в соседних точках пространства. В таких случаях говорят о пространственной дисперсии (укр.)русск..

$\mathbf{P}(t, \mathbf{r} ) = \int d^3r^\prime \int\limits_0^{\infty} \hat{\alpha}(t^\prime, \mathbf{r}^\prime)\mathbf{E}(t-t^\prime, \mathbf{r} -\mathbf{r}^\prime) dt^\prime$.

В сильных электрических полях зависимость между поляризацией и электрическим полем может отличаться от линейной. Явления, которые при этом возникают изучаются, например, в нелинейной оптике.

См. также

• Вектор намагниченности

Примечания

1. ↑ Формулы на этой странице записаны в системе СГСГ. Для преобразования в систему СИ см. правила перевода формул из системы СГС в систему СИ (укр.)русск..

Ссылки

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Добавить иллюстрации.