Polarisoituvuus
atomeilla, ioneilla ja molekyyleillä; näiden hiukkasten kyky saada dipolimomentti p sähkökentässä E. P:n esiintyminen johtuu sähkövarausten siirtymisestä atomisysteemeissä E:n vaikutuksesta; näin indusoitunut momentti p häviää, kun sähkökenttää ei ole. Polarisoituvuuden käsitettä ei yleensä sovelleta hiukkasiin, joilla on pysyvä dipolimomentti, kuten polaarisiin molekyyleihin. Suhteellisen heikoissa kentissä p:n riippuvuus E:stä on lineaarinen:
p = αE
jossa α on polarisaation kvantitatiivinen mitta ja sitä itseään kutsutaan joskus molekyylipolarisaatioksi. Joillakin molekyyleillä α:n arvo voi riippua E:n suunnasta; tätä kutsutaan anisotrooppiseksi polarisoituvuudeksi. Voimakkaissa sähkökentissä p:n riippuvuus E:stä lakkaa olemasta lineaarinen.
Yllä olevassa yhtälössä E on sähkökenttä hiukkasen sijaintipaikassa. Eristetyssä hiukkasessa, kuten harvennetun kaasun molekyylissä, se on sama kuin ulkoinen kenttä. Nesteessä tai kiteessä ulkoiseen kenttään lisätään kyseistä hiukkasta ympäröivien muiden varattujen hiukkasten synnyttämät sisäiset kentät.
Sähkökentän vaikutuksesta momentti p ei synny hetkessä. Momentin p siirtymäaika τ riippuu hiukkasten ja ympäröivän väliaineen luonteesta. Polarisaation staattinen arvo vastaa sähköstaattista kenttää. Muuttuvassa kentässä, kuten harmonisesti muuttuvassa kentässä, polaroituvuus riippuu taajuudesta ω ja siirtymäajasta τ. Riittävän pienellä ω:lla ja riittävän pienellä τ:llä momentti p muuttuu vaiheittain kentän muuttuessa, ja polaroituvuus on sama kuin staattinen polaroituvuus. Jos ω on hyvin suuri tai τ suuri, momenttia p ei välttämättä esiinny lainkaan; hiukkanen ei ”aisti” kentän läsnäoloa, joten polarisoituvuutta ei ole. Välitapauksissa, erityisesti kun ω lähestyy arvoa 1/τ, havaitaan dispersio- ja absorptioilmiöitä.
Polarisoituvuudessa erotetaan useita eri tyyppejä. Elektroninen polarisoituvuus johtuu elektronikuorien siirtymisestä kentässä E suhteessa atomiytimiin. Ioninen polarisoituvuus (ionikiteissä) johtuu vastakkaisenmerkkisten ionien siirtymisestä tasapainoprosessista ja vastakkaisiin suuntiin. Atomien polarisoituvuus johtuu molekyylin eri tyyppisten atomien siirtymisestä kentässä E, ja se liittyy elektronitiheyden epäsymmetriseen jakautumiseen. Näiden polarisaatiotyyppien lämpötilariippuvuus on vähäinen; lämpötilan noustessa polarisaatio pienenee jonkin verran.
Kiinteiden ja nestemäisten dielektristen aineiden fysiikassa polarisaatiolla tarkoitetaan keskimääräistä polarisaatiota. Tässä P edustaa polarisaatiota hiukkasta ja kenttäyksikköä kohti: a = P/EN, missä N hiukkasten lukumäärä. Polaaristen dielektristen aineiden polaroituvuutta kutsutaan orientaatiopolaroituvuudeksi. Sellaisten dielektristen aineiden polarisaatiota, joiden hiukkaset liikkuvat vuorotellen asennosta toiseen sähkökentän vaikutuksesta, voidaan kuvata ottamalla käyttöön relaksaatiopolarisaatio. Äärimmäinen herkkyys lämpötilalle on tyypillinen piirre tämäntyyppiselle polarisaatiolle.
Dielektristen aineiden fysiikkaa käsittelevässä kirjallisuudessa P:n ja E:n välistä suhteellisuuskerrointa Χ-P = ΧE – eli dielektristä suskeptibiliteettiä – kutsutaan joskus polarisaatioksi.
Polarisaation käsitteellä on laajalti sovelluksia dielektristen aineiden fysiikassa, molekyylilajeihin liittyvässä fysiikassa ja fysikaalisessa kemian tutkimuksessa. Suhteellisen yksinkertaisille systeemeille kuvataan polarisaatiokyvyn ja aineen makroskooppisten ominaisuuksien välistä suhdetta; esimerkiksi elektronisen polarisaatiokyvyn osalta sitä kuvataan Lorentz-Lorenzin kaavalla ja Clausius-Mossottin yhtälöllä ja orientaatiopolarisaatiokyvyn osalta Langevin-Debyen kaavalla. Näiden ja vastaavien kaavojen avulla on mahdollista määrittää polarisaatio kokeellisesti. Polarisoituvuuden käsitettä käytetään useiden optisten ilmiöiden, kuten valon polarisaation ja sironnan, optisen aktiivisuuden ja Raman-ilmiön, analysointiin ja selittämiseen erityisesti erittäin suurista molekyyleistä koostuvissa järjestelmissä, kuten proteiineissa.