POLARIZACION POR ORIENTACION
Todos los átomos o moléculas adquieren un cierto
momento dipolar (momento inducido) bajo la acción de un campo externo. Su
origen se encuentra en la deformación de la distribución electrónica provocada
por dicho campo. En casos simples, el momento inducido es proporcional a la
intensidad del campo aplicado.
A la constante de proporcionalidad se le denomina polarizabilidad por distorsión a d,
y para átomos con simetría esférica puede expresarse como
siendo ra el radio atómico. La polarizabilidad se mide en Fm2.
Este tipo de polarización por distorsión aparece en
todos los materiales. Sin embargo un caso especialmente importante lo
constituye el proceso de polarización de una material formado por átomos o moléculas
polares cuyos momentos dipolares permanentes pueden girar bajo la acción de un
campo exterior. Este mecanismo se denomina polarización
por orientación y tiene su origen por tanto en el efecto orientador
que sobre moléculas polares ejerce un campo eléctrico aplicado.
Consideremos, por ejemplo, un gas polar formado por
átomos o moléculas que presentan momento dipolar permanente. En equilibrio
térmico las moléculas están orientadas al azar por lo que valor medio del
momento dipolar en cualquier volumen en el gas es nulo. La agitación térmica se
opone a que exista una orientación privilegiada. La aplicación de un campo
modifica esta situación, ya que los dipolos (y por tanto las moléculas)
tenderán a orientarse en la dirección del campo hacia posiciones de energía
potencial mínima. Simultáneamente la agitación térmica se opone a este
ordenamiento. Así, después de un cierto tiempo se alcanzará una nueva situación
de equilibrio en la cual en cualquier instante existirá un mayor número de
dipolos orientados en direcciones próximas a la del campo. Se induce pues una
dirección más favorable, y por lo tanto el valor medio del momento dipolar por
unidad de volumen (polarización) deja de ser nulo.
Es claro que en este caso la temperatura juega un
papel decisivo. De hecho la polarización media en el material surge de la
competencia entre el efecto orientador del campo y desorientador de la
agitación térmica. El primer efecto pone en juego una energía del orden de pE,
mientras que para el segundo es del orden de kBT. Para los
campos usuales y un amplio rango de temperaturas kBT >> pE
. En este caso la polarizabilidad por orientación
viene dada por
siendo p el momento dipolar de las
moléculas, kB la constante de Boltzmann y T la
temperatura absoluta. Esta expresión se denomina ecuación
de Langevin-Debye y tiene gran
importancia en la interpretación de estructuras moleculares.
De esta forma, y considerando la contribución de
distorsión, la polarización en el medio viene dada por :
siendo
Elocal el denominado campo local cuyo significado se discute
en el siguiente apartado.
Monografías
