Dielektrik dan Polarisasi

Dielektrik terpolarisasi dalam medan listrik, menghasilkan muatan terikat yang mengurangi medan dan meningkatkan kapasitansi.

Definition

Dielektrik adalah isolator yang muatan terikatnya sedikit bergeser dalam medan listrik yang diterapkan, menghasilkan polarisasi; muatan terikat yang dihasilkan dan medan perpindahan, suseptibilitas, dan permitivitas menggambarkan bagaimana material memodifikasi medan di dalamnya.

Scope

Topik ini mencakup polarisasi bahan dielektrik, muatan permukaan dan volume terikat, medan perpindahan listrik, suseptibilitas dan permitivitas listrik, hubungan antara polarisabilitas mikroskopis dan permitivitas makroskopis, energi dalam dielektrik, dan kondisi batas pada antarmuka dielektrik. Ini mencakup dielektrik linear dan mencatat perilaku feroelektrik, sementara mekanisme keadaan padat yang terperinci termasuk dalam fisika materi terkondensasi.

Core questions

• Bagaimana dielektrik menjadi terpolarisasi dalam suatu medan?
• Bagaimana muatan terikat dan medan perpindahan berhubungan dengan polarisasi?
• Apa yang menghubungkan polarisabilitas mikroskopis dengan permitivitas makroskopis?

Key concepts

• polarisasi
• muatan terikat
• medan perpindahan D
• suseptibilitas listrik
• permitivitas
• konstanta dielektrik
• polarisabilitas
• feroelektrik

Key theories

Polarisasi dan muatan terikat

Medan yang diterapkan menginduksi dipol yang sejajar yang efek bersihnya setara dengan muatan permukaan dan volume terikat; medan perpindahan didefinisikan sedemikian rupa sehingga sumbernya hanyalah muatan bebas.

Hubungan Clausius-Mossotti

Permitivitas makroskopis dihubungkan dengan polarisabilitas mikroskopis dan kerapatan jumlah molekul melalui hubungan Clausius-Mossotti, dengan memperhitungkan medan lokal yang bekerja pada setiap molekul.

Clinical relevance

Perilaku dielektrik mengatur desain kapasitor dan isolator, bahan permitivitas tinggi dalam elektronik, spektroskopi dielektrik bahan dan jaringan, serta respons elektromagnetik membran biologis dan makromolekul.

History

Faraday memperkenalkan konsep dielektrik dan mengukur bagaimana bahan meningkatkan kapasitansi pada tahun 1830-an. Mossotti dan Clausius menghubungkan permitivitas dengan polarisabilitas molekuler pada pertengahan abad kesembilan belas, sebuah hubungan yang kemudian didasarkan pada teori elektron Lorentz.

Key figures

• Michael Faraday
• Ottaviano-Fabrizio Mossotti
• Rudolf Clausius

Seminal works

• landau1984
• griffiths2017

Frequently asked questions

Apa itu konstanta dielektrik?

Ini adalah permitivitas relatif, faktor di mana suatu material mengurangi medan listrik untuk muatan bebas tertentu dibandingkan dengan vakum, dan secara ekuivalen faktor di mana ia meningkatkan kapasitansi.

Apa itu muatan terikat?

Muatan terikat adalah muatan efektif yang muncul di permukaan dan di bagian dalam dielektrik yang terpolarisasi karena penyelarasan dipol mikroskopis; muatan ini tidak bebas bergerak melalui material.