Polariseerbaarheid
van atomen, ionen en moleculen; het vermogen van deze deeltjes om een dipoolmoment p te krijgen in een elektrisch veld E. Het verschijnen van p is het gevolg van de verplaatsing van elektrische ladingen in atomaire systemen onder invloed van E; het aldus geïnduceerde moment p verdwijnt als er geen elektrisch veld aanwezig is. Het begrip polariseerbaarheid wordt in het algemeen niet toegepast op deeltjes met een permanent dipoolmoment, zoals polaire moleculen. Bij betrekkelijk zwakke velden is de afhankelijkheid van p van E lineair:
p = αE
waarbij α een kwantitatieve maat voor de polariseerbaarheid is en soms zelf moleculaire polariseerbaarheid wordt genoemd. Voor sommige moleculen kan de waarde van α afhangen van de richting van E; dit staat bekend als anisotrope polariseerbaarheid. Bij sterke elektrische velden is de afhankelijkheid van p van E niet meer lineair.
In de bovenstaande vergelijking is E het elektrische veld op de plaats van het deeltje. Voor een geïsoleerd deeltje, zoals een molecule van een ijl gas, valt het samen met het externe veld. In een vloeistof of kristal worden de interne velden, opgewekt door andere geladen deeltjes rondom het gegeven deeltje, toegevoegd aan het externe veld.
Onder de kracht van een elektrisch veld verschijnt het moment p niet ogenblikkelijk. De overgangstijd τ van het moment p hangt af van de aard van de deeltjes en het omringende medium. Een statische waarde van polariseerbaarheid komt overeen met een elektrostatisch veld. In een variabel veld, zoals een harmonisch variërend veld, is de polariseerbaarheid afhankelijk van de frequentie ω en de overgangstijd τ. Voor voldoende lage ω en voldoende kleine τ verandert het moment p in fase met de veldvariatie, en valt de polariseerbaarheid samen met de statische polariseerbaarheid. Voor zeer hoge ω of grote τ kan het moment p helemaal niet optreden; het deeltje “voelt” de aanwezigheid van het veld niet, dus is er geen polariseerbaarheid. In tussenliggende gevallen, vooral wanneer ω in de buurt komt van 1/τ, worden de verschijnselen van dispersie en absorptie waargenomen.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen verschillende soorten polariseerbaarheid. De elektronische polariseerbaarheid is het gevolg van de verplaatsing in een veld E van de elektronenschillen ten opzichte van de atoomkernen. Ionische polariseerbaarheid (in ionische kristallen) vloeit voort uit de verplaatsing van ionen van tegengesteld teken ten opzichte van het evenwichtsproces en in tegengestelde richtingen. De atomaire polariseerbaarheid is het gevolg van de verplaatsing in een veld E van atomen van verschillende typen in een molecuul en houdt verband met de asymmetrische verdeling van de elektronendichtheid. De temperatuurafhankelijkheid van deze soorten polariseerbaarheid is gering; naarmate de temperatuur stijgt, neemt de polariseerbaarheid enigszins af.
In de fysica van vaste en vloeibare diëlektrica wordt polariseerbaarheid opgevat als gemiddelde polariseerbaarheid. Hierbij stelt P de polarisatie per deeltje en per veldeenheid voor: a = P/EN, waarbij N het aantal deeltjes is. De polariseerbaarheid van polaire diëlektrica wordt oriëntatiepolariseerbaarheid genoemd. De polarisatie van diëlektrica waarvan de deeltjes onder invloed van een elektrisch veld afwisselend van de ene positie naar de andere bewegen, kan worden beschreven door de relaxatiepolariseerbaarheid in te voeren. Extreme gevoeligheid voor temperatuur is een karakteristiek kenmerk van deze soorten polariseerbaarheid.
In de literatuur over de fysica van diëlektrica wordt de evenredigheidsfactor Χ tussen P en E-P = ΧE – dat is de diëlektrische susceptibiliteit – soms polariseerbaarheid genoemd.
Het concept van polariseerbaarheid heeft uitgebreide toepassing gevonden in de fysica van diëlektrica, moleculaire fysica, en fysische chemie. Voor betrekkelijk eenvoudige systemen wordt het verband tussen polariseerbaarheid en de macroscopische eigenschappen van een stof beschreven; bijvoorbeeld voor elektronische polariseerbaarheid wordt dit beschreven door de Lorentz-Lorenz formule en de vergelijking van Clausius-Mossotti, en voor oriëntatiepolariseerbaarheid, door de Langevin-Debye formule. Met deze en soortgelijke formules is het mogelijk de polariseerbaarheid experimenteel te bepalen. Het concept van polariseerbaarheid wordt gebruikt om een aantal optische effecten te analyseren en te verklaren, zoals de polarisatie en verstrooiing van licht, optische activiteit, en het Raman effect, vooral in systemen bestaande uit extreem grote moleculen, zoals proteïnen.