Polarisation (Elektrizität)

Polarisation (oder dielektrische Polarisation) bedeutet eine Ladungsverschiebung in einem nichtleitenden Material. Das geschieht durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes. Die Ladungsverschiebung in einem Leiter wird hingegen Influenz genannt.

Im Inneren des Körpers erfolgt durch das äußere elektrische Feld eine Ladungstrennung. Im Inneren sowie auch an den Oberflächen ist eine makroskopische Ladungsverteilung (Polarisationsladungen oder gebundene Ladungen) wahrnehmbar.

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Polarisationsarten

Verschiebungspolarisation

Hauptartikel: Verschiebungspolarisation

Bei unpolaren Molekülen wird die Elektronenwolke, die den Atomkern umgibt, durch das angelegte elektrisches Feld gegen den Atomrumpf verschoben. Im Inneren des Körpers entsteht so eine makroskopische, inhomogene Ladungsverteilung.

Orientierungspolarisation

Hauptartikel: Orientierungspolarisation

In einigen Materialien sind permanente Dipole vorhanden, die im Grundzustand statistisch verteilt sind. Durch die Einwirkung eines elektrischen Feldes werden diese Dipole gleichgerichtet. Diese Polarisierungsart ist durch die großen zu bewegenden Massen langsam, und ist zusätzlich temperaturabhängig. Eine Temperaturerhöhung wirkt der Gleichrichtung entgegen. Bei zunehmender Frequenz des elektr. Feldes verschwindet diese Polarisation als erstes.

Grenzflächenpolarisation

In mehrphasigen Werkstoffen entstehen an deren Grenzflächen unterschiedliche Ladungen.

Ionenpolarisation

In Ionenkristallen verschieben sich Ionen gegeneinander.

Mathematische Betrachtung

In der Elektrostatik und in der Elektrodynamik bezeichnet die Polarisation das Vektorfeld, das aus einem permanenten oder induzierten Dipolmoment in einem dielektrischen Material (Dielektrikum) resultiert. Der Polarisationsvektor ist definiert als das Dipolmoment pro Volumen.

In einem homogenen linearen isotropen dielektrischen Medium ist die Polarisation parallel und proportional zum elektrischen Feld :

wobei die Vakuum-Dielektrizitätskonstante und χ die elektrische Suszeptibilität des Mediums ist.

Wenn die Polarisation nicht proportional zum elektrischen Feld ist, dann wird das Medium nichtlinear genannt (→nichtlineare Optik). Wenn die Richtung von nicht parallel zu der von ist, wie das in vielen Kristallen der Fall ist, ist das Medium anisotrop (→Kristalloptik).

Siehe auch

• Dielektrikum
• Clausius-Mossotti-Gleichung, Debye-Gleichung