Debyeinductie

Debyeinductie is een concept uit de natuurkunde en chemie dat verwijst naar de wijze waarop externe elektrische velden polarisatie induceren in materialen volgens Debye’s theorieën. De term wordt gebruikt voor twee verwante verschijnselen: de tijdsafhankelijke polarisatie van dielectrica bij een wisselend veld en de elektrostatische scherming in ionische media, waarbij de lengte- en tijdschalen van de respons centraal staan.

Een belangrijk onderdeel is de Debye-dielectrische relaxatie. Bij polaire dielectrica reageert de polarisatie P op een extern veld E met een kenmerkende ontspanningstijd τ. In het frequentiedomein wordt de respons beschreven met de complexe permittiviteit ε*(ω) = ε′(ω) - i ε″(ω), waarbij ε′(ω) = ε∞ + (εs − ε∞)/(1 + ω^2 τ^2) en ε″(ω) = (εs − ε∞) ω τ/(1 + ω^2 τ^2). In het tijdsdomein verloopt de dipooloriëntatie richting een evenwicht met een karakteristieke tijd τ. Toepassingen liggen onder meer in de materiaalkunde en spectroscopie van dielectrica.

Een tweede aspect is Debye-scherming of Debye-lengte. In een ionische vloeistof of plasma rearrangeren mobiele ionen zich rond een geladen proeflading en neutraliseren het veld op lange afstanden, zodat het potentiaal afneemt als φ(r) ∝ exp(−r/λ_D)/r. De Debye-lengte λ_D wordt gegeven door λ_D = sqrt( ε0 ε_r kB T / (e^2 ∑i ni zi^2) ), waarin ni de dichtheid, zi de valentie en ε_r de relatieve permittiviteit zijn. Debye-gerelateerde theorieën spelen ook een rol in de Debye–Hückel-theorie voor activiteitencoëfficiënten in elektrochemie.

Historisch is Debyeinductie vernoemd naar de Nederlandse natuurkundige Peter Debye (1884–1966). Zie ook Debye-model, dielectric relaxation, Debye-lengte en Debye–Hückel-theorie.