Поляризуемость

Поляризу́емость

Атомов, ионов и молекул, способность этих частиц приобретать дипольный момент р (см. Диполь) в электрическом поле Е. Появление р обусловлено смещением электрических зарядов в атомных системах под действием поля Е; такой индуцированный момент р исчезает при выключении поля (понятие П. не относят, как правило, к частицам, обладающим постоянным дипольным моментом, например к полярным молекулам).

В относительно слабых полях зависимость р от Е линейная:

р = αЕ,

где α имеет размерность объёма и является количественной мерой П. (её также называют П.). Для некоторых молекул значение П. может зависеть от направления Е (анизотропная П.). В сильных электрических полях зависимость р (Е) перестаёт быть линейной.

В формуле (1) E — электрическое поле в месте нахождения частицы — т. н. локальное поле; для изолированной частицы (например, молекулы разреженного газа) оно совпадает с внешним полем Е_внеш; в жидкости или кристалле к Е_внеш добавляются поля Е_внутр, создаваемые окружающими данную частицу другими заряженными частицами.

При включении поля момент р появляется не мгновенно, время установления τ момента р зависит от природы частиц и окружающей среды. Статическому полю отвечает статическое значение П. В переменном, например изменяющемся по гармоническому закону, поле П. зависит от его частоты ω и времени установления τ. При достаточно низких ω и коротких τ момент р устанавливается синфазно с изменениями поля и П. совпадает со статической П. При очень высоких ω или больших τ момент р может вообще не возникать (частица «не чувствует» присутствия поля, П. нет). В промежуточных случаях (особенно при ω ≅ 1/τ) наблюдаются явления дисперсии и поглощения.

Различают несколько видов П. Электронная П. обусловлена смещением в поле Е электронных оболочек относительно атомных ядер; ионная П. (в ионных кристаллах) — смещением в противоположных направлениях разноимённых ионов из положения равновесия; атомная П. обусловлена смещением в поле Е атомов разного типа в молекуле (она связана с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности). Температурная зависимость этих видов П. слабая: с ростом температуры П. несколько уменьшается.

В физике твёрдых и жидких диэлектриков под П. понимают среднюю П. (поляризацию Р, рассчитанную на 1 частицу и приходящуюся на единицу поля: α = P/EN, где N — число частиц). П. полярных диэлектриков называется ориентационной. Поляризация диэлектриков при скачкообразных переходах его частиц из одного возможного состояния в другое под действием поля Е можно описывать, вводя релаксационную П. Характерной особенностью этих видов П. является их резкая зависимость от температуры.

В литературе по физике диэлектриков иногда называют П. коэффициент пропорциональности χ между Р и Е: Р = χ Е, т. е. диэлектрическую восприимчивость.

Понятие П. получило большое применение в физике диэлектриков, молекулярной физике и физической химии. Для относительно простых систем связь между П. и макроскопическими характеристиками вещества описывается, например для электронной П., Лоренц — Лоренца формулой (См. Лоренц — Лоренца формула) или Клаузиуса — Моссотти формулой (См. Клаузиуса — Моссотти формула), а с учётом ориентационной П. — формулой Ланжевена — Дебая. С помощью этих (и подобных им) формул можно экспериментально определять П. Понятие П. применяется для объяснения и исследования ряда оптических явлений: поляризации света, рассеяния света, оптической активности, комбинационного рассеяния света, особенно в системах из многоатомных молекул (в частности, белков).

Лит.: Сканави Г. И., физика диэлектриков (область слабых полей), М. — Л., 1949; Фрёлих Г., Теория диэлектриков, пер. с англ., М., 1960; Волькенштейн М. В., Строение и физические свойства молекул, М. — Л., 1955.

А. А. Гусев.