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Lexikon Physik

Elektrische Polarisation

Unter elektrischer Polarisation versteht man einerseits die Erzeugung von elektrischen Dipolmomenten in einer dielektrischen Substanz durch Anlegen eines äußeren elektrischen Felds (Abb.) und andererseits eine physikalische Größe, die beschreibt, wie stark ein Dielektrikum polarisiert ist.

Eine elektrische Polarisation kann je nach Substanz auf zweierlei Weise erfolgen:

  • Bei der Verschiebungspolarisation erfolgt eine Ladungsverschiebung innerhalb der einzelnen Atome durch Deformation der Elektronenhülle. Dadurch verschieben sich positiver und negativer Ladungsschwerpunkt in den Atomen, wodurch diese ein temporäres Dipolmoment erhalten. Diese Dipolmomente richten sich dann im äußeren Feld aus und ergeben dadurch in der Summe ein schwaches makroskopisches Dipolmoment. Dieser Fall ist analog zum Diamagnetismus.
  • Bei der Orientierungspolarisation besitzen die Bestandteile bereits der dielektrischen Substanz permanente elektrische Dipolmomente, die allerdings nicht einheitlich ausgerichtet sind. Ein typisches Beispiel hierfür ist das sehr polare Wassermolekül. Die permanenten Dipole richten sich im äußeren elektrischen Feld aus und erzeugen so ein messbares makroskopisches Dipolmoment. Dieser Fall entspricht dem Paramagnetismus.

Der  Vektor der Polarisation \(\vec P\) bezeichnet physikalische Größe für beide Arten des Zustandekommens das erzeugte Dipolmoment pro Volumenelement \(\Delta V\)\(\vec P\) hat die SI-Einheit Coulomb durch Quadratmeter (C/m2). Die Polarisation ist umso stärker, je stärker das äußere elektrisch Feld \(\vec E\) ist (für nicht zu hohe Feldstärken). Damit gilt:

\(\vec P = \chi_\text e \cdot \epsilon_0 \cdot \vec E = (1- \epsilon_\text r) \cdot \epsilon_0 \cdot \vec E\)

mit der materialabhängigen dielektrischen Suszeptibilität \(\chi_\text e\)und der Dielektrizitätskonstanten \(\epsilon = \epsilon_0\cdot \epsilon_\text r\).

Übrigens: Es gibt auch – sehr selten – den zum Ferromagnetismus analogen Fall, dass ein Stoff dauerhaft ausgerichtete elektrische Dipole enthält. Man spricht dann von Elektreten.

 

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