Polarisatie (elektriciteit)

In de elektrostatica betekent polarisatie het ontstaan van een elektrisch veld ten gevolge van een potentiaalverschil.

De diëlektrische constante ε van een diëlektrisch materiaal (diëlektricum), bijvoorbeeld een niet-geleidende vloeistof zoals alcohol, kan bepaald worden door het materiaal tussen de platen van een condensator te brengen en een potentiaal aan te leggen. De polarisatie van het materiaal kan berekend worden uit de Clausius-Mosotti-vergelijking:

P = (1 + ε) / (1- ε) * M / ρ

P is de molaire polarisatie, M de molaire massa en ρ de dichtheid.

In het algemeen bestaat de polarisatie uit twee componenten. De moleculen in de vloeistof kunnen permanente dipolen met dipoolmoment μ bevatten die zich zullen oriënteren onder invloed van het aangelegde veld. Anderszins kan het veld ook tijdelijke dipolen D in het molecuul veroorzaken door inductie.

P = P_μ + P_D

De twee bijdragen hebben een verschillend temperatuurgedrag. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer de moleculen in beweging zijn en hoe moeilijker het is de permanente dipolen uit te richten met een veld. Volgens Peter Debye is de permanente bijdrage:

P_μ = (4/3 π N_Av μ²) / 3 kT

De geïnduceerde bijdrage hangt af van de polariseerbaarheid α van het molecuul:

P_D = 4/3 π N_Av α

μ en α zijn eigenschappen van het molecuul, en zijn vrijwel onafhankelijk van de temperatuur. Slechts bij voldoende hoge temperaturen, waarbij elektronische overgangen in het molecuul van belang gaan worden verandert dit. Men kan daarom de polarisatie P als functie van de (reciproque) temperatuur meten en dan de twee bijdragen scheiden:

P(T) = a (1/T) + b

Uit de helling van een grafiek van P versus 1/T is μ te bepalen uit de asafsnede α.