Понятие поляризуемости, как правило, не относят к частицам, обладающим
постоянным дипольным моментом (напр., к полярным молекулам). В относительно
слабых электрич. полях
коэф.
также
наз. Поляризуемость, он является её количеств. мерой (имеет размерность объёма). Для атомных
систем, напр. некоторых молекул, поляризуемость может быть анизотропной. В этом случае зависимость
более
сложная:
где 
-
симметричный тензор 2-го ранга, i,
В сильных электрич. полях зависимость р(Е)перестаёт быть линейной.
Для изолированной i-й частицы (напр.,
молекулы разреженного газа) значение напряжённости поля
(поля в месте нахождения частицы) совпадает с напряжённостью внеш. поля 
Для частиц жидкости или кристалла к 
добавляется 
-
поле, создаваемое зарядами др. частиц, окружающих данную (локальное поле).
При включении поля момент p
появляется не мгновенно; время установления p для каждого
типа частиц различно в зависимости от их физ. природы и характеризуется временем
релаксации
Наибольшее применение понятие поляризуемости получило в физике
диэлектриков. Здесь оно определяет поляризацию среды Р, диэлектрич. восприимчивость
диэлектрич.
проницаемость
В
простейшем случае
(сумма берётся по всем N частицам в единице объёма).
Понятие поляризуемости используется в физике молекул и физической химии.
Результаты измерений 
P и
оптических характеристик среды всегда содержат информацию о поляризуемости составляющих её частиц.
Случаю статич. поля E отвечает
статич. значение Поляризуемости, являющееся одной из важных индивидуальных характеристик
частиц. В перем. поле E (напр., в простейшем случае
гармонич. зависимости E от времени) поляризуемость зависит от
частоты
колебаний
поля и её удобно представить в виде комплексной величины:
Конкретный характер поведения Поляризуемости в таком поле
зависит прежде всего от времени релаксации
При
достаточно низких частотах
и
коротких
момент
p устанавливается практически синфазно с изменением поля.
При очень высоких
или
больших
момент
p может вообще не возникать; частица "не чувствует"
присутствия поля, поляризуемость отсутствует. В промежуточных случаях (особенно при
)
наблюдаются явления дисперсии и поглощения
и зависимость
носит
чётко выраженный и иногда весьма сложный
характер.
Электронная поляризуемость 
обусловлена смещением в поле E
электронных оболочек относительно атомных ядер. Величина
для
атомов и ионов порядка их объёма
а 
с. Электронная
поляризуемость имеет место во всех атомах и атомных системах,
но в ряде случаев может маскироваться из-за малой величины другими, более сильными
видами поляризуемости.
Ионная поляризуемость 
в
ионных кристаллах обусловлена упругим смещением
в поле E разноимённых ионов из их положений равновесия в противоположных
друг относительно друга направлениях. В простейшем случае ионных кристаллов
типа NaCl величина
где 
-
массы ионов, 
-
их заряд, 
-собств.
частота упругих колебаний ионов кристалла (оп-тич. ветвь),
-
частота внеш. поля (для статич. поля 
= 0). Время релаксации
с
(частота релаксации 
=
лежит
в ИК-области спектра).
Атомная поляризуемость 
молекул обусловлена смещением в поле E атомов разного типа в молекуле (что связано с несимметричным распределением
в молекуле электронной плотности). Этот вид поляризуемости обычно составляет
Иногда, атомной Поляризуемостью называют также Поляризуемость, связанную со смещением электронов, обеспечивающих
ковалентные связи в кристаллах типа алмаза (Ge, Si). Температурная зависимость
всех этих видов поляризуемости, особенно
слабая
(с ростом Т поляризуемость несколько уменьшается).
В физике диэлектриков все виды поляризации связывают
с тем или иным видом поляризуемости. Помимо перечисленных здесь вводятся и др. виды поляризуемости, наиболее
важные из них - ориентационная и релаксационная. Характерная особенность этих
видов поляризуемости - резкая зависимость от температуры, что позволяет выделить их при эксперим.
определениях.
Ориентационная поляризуемость 
вводится
для полярных диэлектриков (газов, жидкостей),
состоящих из молекул с пост. дипольными моментами, а также и для кристаллов,
в которых дипольные моменты могут поворачиваться. Если диэлектрик состоит из одинаковых
молекул, имеющих пост, дипольный момент р0, то ориентационная
поляризуемость 
определяется
как ср. значение поляризации P =
отнесённое
к одной молекуле (p0Ei -проекция
момента
молекулы
на направление поля Е), т. е.
Ориентация
в
поле E нарушается тепловым движением, поэтому
сильно
зависит от температуры:
Релаксационная поляризуемость (тепловая;
)
вводится обычно для ионных кристаллов, где у слабо связанных ионов имеются
два (или более) равновесных положения, которые в поле E становятся
неравновероятными, что приводит к появлению поляризации среды и, следовательно,
к возможности ввести среднюю (на ион) Поляризуемость. Расчёт (подтверждаемый
опытом) даёт: 
=
где
Ь - расстояние между равновесными положениями
ионов.
Для этих видов поляризуемости значения
лежат
в широком диапазоне
и
сильно зависят от температуры и др. внеш. условий. В случае переменных полей
и
зависят от частоты внеш. поля так же, как др. виды 11. При рассмотрении поляризации
гетерогенных диэлектриков понятие поляризуемости обычно не используется.
В литературе по физике диэлектриков Поляризуемость иногда наз. коэф.
пропорциональности 
между
P и E (P =
E), т. е. диэлектрич. восприимчивость.
Для относительно простых систем связь между электронной Поляризуемости и макроскопич. характеристиками вещества описывается Лоренца - Лоренца
формулой или Клаузиуса - Моссотти формулой, а с учётом
-
Ланжевепа - Дебая формулой и их усложнёнными модификациями. Эти
зависимости - основа для эксиерим. определения
Ионную
Поляризуемость определяют по формулам типа (2). Сопоставление опытных и теоретич. данных для
поглощения и дисперсии электромагнитн. волн, диэлектрич. потерь и т. д. даёт информацию
как о Поляризуемости, так и о ходе её изменений с частотой внеш. поля. Свойства (и эффекты,
в которых они проявляются) многих молекул и их систем (в частности, анизотропные)
часто обусловлены их Поляризуемостью и Поляризуемостью составляющих их частиц. Примерами таких свойств
и эффектов являются поляризация и рассеяние (в т. ч. комбинационное)
света, оптич. активность, эффект Керра и т. д. Изучение Поляризуемости и её теория тесно
связаны с исследованием межмолекулярных взаимодействий, структуры молекул, особенно
таких сложных, как полимеры, в частности белки.
В сильных электрич. полях зависимость р(Е)становится нелинейной (см. Нелинейные восприимчивости).
|
|
 |
