Fisica classica/Dielettrici: differenze tra le versioni
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| Gomma || <math>7\ </math> || <math>1.6\cdot 10^7</math>
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| Vetro (pyrex) || <math>4.7\ </math> || <math>3\cdot 10^7</math>
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| Porcellana || <math>6.5\ </math> || <math>1.5\cdot 10^7</math>
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Esistono due meccanismi che giustificano la polarizzazione nei dielettrici la deformazione degli atomi o molecole e l'orientamento dei dipoli permanenti presenti. Vi sono sostanze che non avendo momento elettrico permanente hanno solo la polarizzazione per deformazione. Le altre sostanze hanno entrambi i meccanismi, ma per semplicità di trattazione qui vengono discussi separamente i due casi, nel caso particolare dei gas rarefatti. Nei liquidi e nei solidi le cose sono molto più complesse.
=== Polarizzazione per deformazione ===
[[Immagine:Dielektrikum_nepolarni.svg|thumb|300px|left|Il fenomeno della polarizzazione per deformazione]]
In presenza di un campo elettrico locale, gli elettroni possono deformare i propri [[w:orbitale|orbitali]] spostando leggermente la propria posizione rispetto ai nuclei, formando un dipolo per ogni atomo del materiale: la somma dei dipoli microscopici produce il dipolo totale macroscopico caratterizzato da <math>\vec P\ </math>.
Tale fenomeno consiste nel fatto che il nucleo, positivo, subisce una forza elettrica approssimativamente proporzionale al campo elettrico presente localmente (<math>\vec E_l\ </math>)
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'''Esempio dell'elio gas'''
Immaginiamo di avere un campo elettrico <math>E_l\ </math> applicato ad un gas composto da atomi di elio a
pressione atmosferica <math>p=101\ kPa\ </math>, temperatura ambiente <math>T=293\ K\ </math>.
Dall'equazione di stato dei gas scritta per una mole:
<math>PV=N_Ak_BT\ </math>
dove <math>N_A\ </math> (è il [[w:Numero_di_Avogadro|numero di Avogadro]], <math>k_B\ </math> la [[w:Costante_di_Boltzmann|costante di Boltzmann]]) quindi:
<math>n=\frac {N_A}V=\frac P{k_BT}=2.5\cdot 10^{25}\ m^{-3}\ </math>
quindi:
L'atomo di elio ha
[[w:Numero_atomico|numero atomico]] <math>Z=2\ </math> quindi ogni nucleo è soggetto ad una forza pari a <math>F_{ext}=ZeE_l\ </math> (opposta
a quella a cui sono soggetti gli elettroni). Contemporaneamene immaginando che si possa
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polarizzabilità elettronica:
<math>\alpha_d=4\pi \varepsilon_o R^3=2.1\cdot 10^{-41}\ Fm^2\ </math>
che coincide
▲ <math>\alpha_{dc}=\frac {\varepsilon_o(\varepsilon_r-1)}n\ </math>
=== Polarizzazione per orientamento ===
[[Immagine:Dielektrikum_polarni.svg|thumb|300px|left|Il fenomeno della polarizzazione per orientamento se si potesse trascurare l'agitazione termica (ipotesi in realtà irrealistica]]
Molte [[w:molecola|molecole]], in particolare quelle caratterizzate da una configurazione non simmetrica, sono dotate di un [[w:Dipolo elettrico|momento di dipolo]] intrinseco. Cioè il centro delle cariche positive non coincide con quello delle cariche negative: un esempio è la molecola dell'acqua che ha un momento di dipolo pari a <math>|p_{H_2O}|\ =6\cdot 10^{-30}\ Cm</math>, vi sono molecole con momento maggiore, ma l'acqua è una delle molecole con valore molto maggiore della norma. Se non è presente nessun campo elettrico
Infatti nel caso numerico considerato (la molecola dell'acqua) <math>DU=1.2\cdot 10^{-24}\ J </math> assolutamente trascurabile rispetto alla energia media
di [[w:Meccanica_statistica|meccanica statistica]] con
<math>\langle \vec p \rangle = \frac {p_{0}^{2} \vec E_l} {3k_BT}= \alpha_o \vec E_l\ </math>
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<math> \alpha_o =\varepsilon_o(\varepsilon_r-1)/n\ </math>
Nel caso di molecole polari esiste anche la polarizzabilità per deformazione. Per cui, posso definire una polarizzabilità totale:
Ma mentre la polarizzabilità per orientamento dipende fortemente dalla temperatura, quella per deformazione è completamente insensibile, quindi a bassa temperatura per le sostanze che hanno un momento di dipolo proprio domina sempre la polarizzazione per orientamento fino a quando le molecole sono mobili (stato di fluido).▼
<math> \alpha =\alpha_o(T)+\alpha_d\ </math>
▲Ma mentre la polarizzabilità per orientamento dipende fortemente dalla temperatura, quella per deformazione è completamente insensibile, quindi a bassa temperatura per le sostanze che hanno un momento di dipolo proprio domina sempre la polarizzazione per orientamento fino a quando le molecole sono mobili (stato di fluido). Mentre ad alta temperatura la costante dielettrica di tutte le sostanze tende a diminuire fino a tendere asintoticamente alla polarizzabilità per deformazione. Queste considerazioni valgono in elettrostatica, se i campi elettrici sono variabili nel tempo le cose sono più complicate.
==Carica volumetrica di polarizzazione==
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