Polarisation électronique
Considérons un seul atome de numéro atomique Z. Disons que + e coulomb est la charge de chaque proton dans le noyau et -e coulomb est la charge de chaque électron entourant le noyau. Tous les électrons en orbite dans l'atome forment un nuage sphérique de charge négative entourant le noyau chargé positivement. La charge du noyau est + Ze coulombs et la charge du nuage négatif d'électrons est -Ze coulombs. Supposons également que la charge négative du nuage d'électrons soit répartie de manière homogène sur une sphère de rayon R. Lorsqu'il n'y a aucune influence d'un champ électrique externe, le centre de cette sphère et le centre du noyau de l'atome coïncident. Supposons maintenant qu'un champ électrique externe d'intensité E volt par mètre soit appliqué sur l'atome. A cause de ce champ électrique externe, le noyau de l'atome est déplacé vers une intensité négative du champ et le nuage d'électrons est déplacé vers une intensité positive du champ.
Comme dû à l'influence du champ électrique externele centre du noyau et le centre du nuage d’électrons sont séparés, une force d’attraction se développera entre eux conformément à la loi de Coulomb. Dites, à la distance de séparation du centre du noyau et du nuage d'électrons, x, l'équilibre est établi. Cela signifie que, à la distance de séparation x, les forces agissant sur le noyau ou le nuage d'électrons dues au champ électrique externe et dues à la loi de Coulomb deviennent identiques et opposées. Il est évident que le rayon du noyau est beaucoup plus vaste que celui du nuage d’électrons. Donc, en ce qui concerne le nuage d'électrons, le noyau peut être considéré comme une charge ponctuelle. Par conséquent, la force électrostatique agissant sur le noyau serait + E.Z.e. Maintenant, le noyau a été déplacé du centre du nuage d’électrons d’une distance x.
Selon le théorème de Gauss, la force due àle nuage d'électrons négatifs agissant sur le noyau positif ne serait dû qu'à la partie du nuage entourée par la sphère de rayon x. La partie du nuage située en dehors de la sphère de rayon x n'exerce aucune force sur le noyau. Maintenant, le volume de la sphère de rayon x est (4/3) πx3 et le volume de la sphère de rayon R est (4/3) πR3.
Maintenant, la charge négative totale du nuage d'électrons est égale à -Ze et nous avons déjà considéré qu'il était uniformément distribué dans tout le volume du nuage.
Par conséquent, la quantité de charge négative entourée par la sphère de rayon x est
Seule cette charge importante appliquera une force coulombique sur le noyau. Ainsi, selon la loi de Coulomb, la force serait
À l'état d'équilibre,
Maintenant le moment dipolaire du noyau est Zex commeLe moment dipolaire est le produit de la charge du noyau et de la distance de déplacement. Maintenant, en mettant l'expression de x dans l'expression du moment dipolaire, nous obtenons,
La polarisation est définie comme le nombre de moments dipolaires par unité de volume du matériau. Si N est le nombre de moments dipolaires par unité de volume, la polarisation serait la suivante:
L’expression ci-dessus montre que le polarisation électronique ou la polarisation atomique dépend du rayon (ou du volume) de l'atome et du nombre d'atomes présents dans l'unité de volume du matériau.