25.10: Bir Kutuplandırılmış Nesne Nedeniyle Potansiyel

Nötr bir atom, negatif yüklü bir elektron bulutu tarafından çevrili olumlu yüklü bir çekirdekten oluşur. Harici bir elektrik alan içine yerleştirildiğinde, harici elektrik kuvveti elektronları ve çekirdekleri birbirinden çeker, çekirdekler ve elektronlar arasındaki içsel çekime karşıt olarak çalışır. Zıt kuvvetler, çekirdeklerin ve elektron bulutunun ağırlık merkezi arasında hafif bir kaymayla birbirini dengeleyerek kutuplaşmış bir atom oluşmasını sağlar. Öte yandan, su gibi birkaç molekül, doğal olarak bu ayrışmaya sahiptir. Böyle moleküller için, homojen bir elektrik alan içinde tutulduğunda pozitif ve negatif taraflara uygulanan kuvvetler birbirini iptal eder; ancak, bir net tork vardır. Her iki durumda da, dipoller elektrik alan yönünde işaret eder, bu da, birim hacim başına düşen dipol momenti tarafından verilen kutuplaşmaya yol açar.

Silindirik bir dielektrik malzeme düşünün. Silindirin boyunca hizalanmış dipoller dizisinde, sabit bir dipol momenti ile bitişik dipollerdeki eşit ve zıt yükler birbirini iptal eder. Bu nedenle, silindirin her iki ucu da yüzeye bağlı yükler olarak adlandırılan net yükler içerir. Bunlar, hala belirli atom veya moleküllere bağlı olan ve dielektrikte hareket etmekten özgür olmayan bağlı yükler olarak adlandırılır. Yüzey bağlı yük yoğunluğu, her iki yüzeydeki birim alan başına düşen yüktür.

Elektrik alanı ve polarizasyonun ayrılıkçı yapıda olduğunu varsayalım. Bu durumda, dipollerin hizalanması kutuplaşmış dielektrik içindeki yük birikimine yol açar ve bu yükler, yüzeye bağlı yüklere eşit ve zıttır.

Bir dipolden kaynaklanan potansiyeli hatırlayarak, kutuplaşmış dielektrik tarafından herhangi bir alan noktasında oluşturulan potansiyel, bu yüzeye bağlı ve hacme bağlı yüklerin potansiyelleri bilinerek ölçülebilir.

Bir elektrik alanına bir dielektrik yerleştirildiğinde, dipoller alan yönü boyunca hizalanır. Bu etkiye, birim hacim başına dipol momenti olan polarizasyon denir.

Düzgün dipol momentlerine sahip uzun bir hizalanmış dipol dizisi düşünün. Bitişik dipollerdeki eşit ve zıt yükler birbirini iptal ederek dielektrik yüzeyde yüzeye bağlı yükler olarak adlandırılan net negatif ve pozitif yükler bırakır.

Yüzeye bağlı yük yoğunluğu, birim alan başına yüktür. Dipol momentinin tanımı kullanılarak, yük polarizasyon cinsinden ifade edilebilir.

Eğik bir yüzey için bu yük geniş bir alana dağıtılır. Bu alana bir normal tanımlamak, yüzeye bağlı yük yoğunluğu ifadesini verir.

Polarizasyon düzgün olmadığında, dipollerin hizalanması dielektrik içinde yükler biriktirir ve yüzeye bağlı yüklere eşit ve zıt olan hacme bağlı yüklere yol açar.

Bir alan noktasında polarize bir dielektrik tarafından yaratılan potansiyel, yalnızca bu bağlı yüklerden tahmin edilebilir ve yüzey ve hacme bağlı yükler tarafından üretilen potansiyellerin toplamıdır.