Legea polarizatiei electrice temporare

Legea polarizatiei electrice temporare

Aceasta lege este o lege de material in sensul ca ea exprima axiomatic modul de comportare al diverselor materiale, si in special al materialelor dielectrice, la introducerea lor intr-un camp electric in ceea ce priveste polarizarea electrica ca stare ce depinde de valoarea instantanee a intensitatii campului electric, stare cunoscuta sub numele de polarizare electrica temporara.

Se constata experimental ca materialele au o stare de polarizare care depinde esential de natura (substanta) lor, fizica si chimica. Astfel, unele materiale au o polarizare electrica existenta in mod natural (intrinsec), independenta de campul electric. Altele, desi in mod natural nu au polarizare electrica, prin introducerea lor intr-un camp electric se polarizeaza si dupa indepartarea lor din campul electric raman polarizate (ceea ce se cheama polarizatie electrica remanenta). Sunt si materiale (ca, de exemplu, cele numite piezoelectrice -v. cap.3) care in lipsa unui camp electric exterior si independent de acesta se polarizeaza electric prin deformatie mecanica. Despre toate aceste materiale, la care exista o polarizatie electrica independenta de existenta lor intr-un camp electric exterior, se spune ca au polarizare electrica permanenta.

Polarizarea electrica permanenta  datorata unor cauze neelectrice este caracterizata de marimea polarizatie electrica permanenta  (v. § 1. 2.1) care pentru fiecare material poate fi determinata prin masurare (experimental), astfel ca in problemele de camp in dielectrici (v. cap.3) intervine ca o constanta a materialului, cunoscuta in anumite conditii date.

Polarizarea electrica temporara, care se exprima cantitativ prin marimea de starea corpurilor denumita polarizatie electrica temporara  (v. § 1.2.1), depinde de intensitatea campului electric exterior Ē si de aceea pentru rezolvarea problemelor de camp electric este necesara cunoasterea explicita a acestei dependentepentru fiecare material in parte, fapt pe care cauta sa-1 stabileasca aceasta lege a polarizatiei electrice temporare prin determinarea functiei :

,

care daca este scrisa pentru valorile absolute, adica P_t = f(E), reprezinta curba de polarizare electrica a materialului considerat. Dupa forma acestei curbe, materialele dielectrice se impart in: liniare, daca f(E) = kE unde k este o constanta specifica materialului, si neliniare, precum si in izotrope si anizotrope.

Experimental se constata ca exista materiale la care dependenta intre polarizatia electrica temporara P_t si intensitatea campului electric E poate fi exprimata printr-o relatie de proportionalitate directa de forma:

(1.73)                          ,

care reprezinta, de fapt, forma clasica a legii polarizatiei temporare. Aceasta lege, in forma (l.73), este puternic restrictiva, fiind valabila numai pentru materialele dielectrice liniare (caci termenul χ_eε₀, de proportionalitate, este strict constant, adica nu depinde de , ci numai de natura materialului prin factorul χ_e, cunoscut din paragraful l.2.3, si numit −dupa cum ne reamintim− susceptivitate electrica) si izotrope (la care susceptivitatea electrica  χ_e, este reprezentabila printr-o singura valoare reala).

Legea (l.73) mai prezinta restrictia ca este valabila in regim static, adica la E(t) = const. (sau dĒ/dt=0), si −in unele cazuri relativ rare− si in regim aproape stationar (zis si cvasistationar) cu Ē(t) avand o variatie destul de lenta (vocabula 'destul' aratand ca dE/dt trebuie sa fie atat de mica incat legea 1.73 sa fie inca respectata).

Exprimandu-se acum legea (l.71) a legaturii intre vectorii de stare ,  si , in asociere cu legea (l.73), a polarizatiei electrice temporare, se obtine (pentru dielectricii liniari si izotropi in regim static:

(1.74)             

sau:

,

in care termenul:

(1.75)                            

adica reprezinta permitivitatea relativa a materialului, considerat liniar si izotrop (v. § 1.2.3 si tabelul 1.1).

Introducandu-se in relatia (1.74) expresia (1.75) rezulta:

(1.76)               ,

deoarece, conform definitiei (1.56), ε₀ · ε_r= ε (adica permitivitatea absoluta a materialului liniar si izotrop).

In sfarsit, pentru corpurile fara polarizatie permanenta,  (un caz intalnit uzual in aplicatiile practice obisnuite), relatia (1.76) devine:

 . (1.77)