Dielektrikler ve Polarizasyon
Dielektrikler, bir elektrik alanında polarize olarak, alanı azaltan ve kapasitansı artıran bağlı yükler üretir.
Tanım
Dielektrik, uygulanan bir elektrik alanında bağlı yükleri hafifçe kayarak polarizasyon üreten bir yalıtkandır; ortaya çıkan bağlı yükler ve yer değiştirme alanı, süseptibilite ve permitivite, malzemenin kendi içindeki alanı nasıl değiştirdiğini tanımlar.
Kapsam
Bu konu, dielektrik malzemelerin polarizasyonunu, bağlı yüzey ve hacim yüklerini, elektrik yer değiştirme alanını, elektrik süseptibilitesini ve permitivitesini, mikroskobik polarize edilebilirlik ile makroskobik permitivite arasındaki ilişkiyi, dielektriklerdeki enerjiyi ve dielektrik arayüzlerindeki sınır koşullarını kapsamaktadır. Doğrusal dielektrikleri içermekte ve ferroelektrik davranışa dikkat çekmektedir; ancak ayrıntılı katı hal mekanizmaları yoğun madde fiziğine aittir.
Temel sorular
- Bir dielektrik, bir alanda nasıl polarize olur?
- Bağlı yükler ve yer değiştirme alanı polarizasyonla nasıl ilişkilidir?
- Mikroskobik polarize edilebilirlik ile makroskobik permitiviteyi birbirine bağlayan nedir?
Anahtar kavramlar
- polarizasyon
- bağlı yük
- yer değiştirme alanı D
- elektrik süseptibilitesi
- permitivite
- dielektrik sabiti
- polarize edilebilirlik
- ferroelektriklik
Temel kuramlar
- Polarizasyon ve bağlı yükler
- Uygulanan bir alan, net etkisi bağlı yüzey ve hacim yüklerine eşdeğer olan hizalanmış dipoller indükler; yer değiştirme alanı, kaynakları yalnızca serbest yükler olacak şekilde tanımlanır.
- Clausius-Mossotti ilişkisi
- Makroskobik permitivite, Clausius-Mossotti ilişkisi aracılığıyla mikroskobik polarize edilebilirlik ve moleküllerin sayı yoğunluğu ile bağlantılıdır; bu ilişki, her bir molekül üzerinde etki eden yerel alanı hesaba katar.
Klinik önem
Dielektrik davranış, kapasitör ve yalıtkan tasarımını, elektronikteki yüksek permitiviteli malzemeleri, malzeme ve dokuların dielektrik spektroskopisini ve biyolojik zarların ve makromoleküllerin elektromanyetik tepkisini yönetmektedir.
Tarihçe
Faraday, 1830'larda dielektrik kavramını tanıtmış ve malzemelerin kapasitansı nasıl artırdığını ölçmüştür. Mossotti ve Clausius, on dokuzuncu yüzyılın ortalarında permitiviteyi moleküler polarize edilebilirlik ile ilişkilendirmişlerdir; bu ilişki daha sonra Lorentz'in elektron teorisine dayandırılmıştır.
Öne çıkan isimler
- Michael Faraday
- Ottaviano-Fabrizio Mossotti
- Rudolf Clausius
İlgili konular
Temel eserler
- landau1984
- griffiths2017
Sıkça sorulan sorular
- Dielektrik sabiti nedir?
- Bu, bağıl permitivitedir; bir malzemenin belirli bir serbest yük için elektrik alanı vakuma kıyasla azalttığı faktör ve eşdeğer olarak kapasitansı artırdığı faktördür.
- Bağlı yükler nelerdir?
- Bunlar, mikroskobik dipollerin hizalanması nedeniyle polarize bir dielektriğin yüzeyinde ve içinde görünen etkin yüklerdir; malzeme içinde serbestçe hareket edemezler.