Orientaatiopolarisaatio

Orientaatiopolarisaatio on dielektrisen polarization tyyppejä, joka johtuu pysyvien dipolien suuntautumisen reaktiosta ulkoiseen sähkökenttään. Se esiintyy erityisesti polaarisissa nesteissä ja kiinteissä aineissa, joissa molekyylillä on pysyvä dipoli ja joka voi osittain kääntyä kentän suuntaan.

Kun ulkoinen sähkökenttä kytketään päälle, dipolit pyrkivät asettumaan kentän suuntaan, mutta niiden kääntyminen on vastustettuna hidas ja viskositeetista sekä lämpöliikkeestä johtuen. Tämä aiheuttaa aikaviiveen dipolien järjestäytymisessä ja sitä kutsutaan Debye-relaksaatioiksi. Relaxation aika τ riippuu sekä aineesta että lämpötilasta: korkeammissa lämpötiloissa dipolit kääntyvät nopeammin ja τ pienenee.

Matemaattisesti orientaatiopolarisaatio näkyy kompleksi dielektrisyydessä. Yleisesti elektrisen kentän taajuudella ω lukuun ottamalla kompleksinen permittiviteetti voidaan kirjoittaa ε*(ω) = ε∞ + (εs − ε∞)/(1 + iωτ), missä εs on staattinen (low-frequency) permittiviteetti ja ε∞ on korkeataajuisessa kentässä havaittava rajoitettu arvo. Erotus Δε = εs − ε∞ kuvaa orientaatiopolarisaation suuruutta.

Lämpötilalla on suuri vaikutus: Δε ja τ muuttuvat siten, että alemmissa lämpötiloissa dipolien liikkuvuus on rajoitetumpaa ja relaksaatioaika pidempi. Debye-lähestymistavassa τ noudattaa usein Arrheniusta, τ = τ0 exp(Ea/kT). Orientaatiopolarisaatio hallitsee matalilla taajuuksilla ja pienillä taajuuksilla, kun taas korkeilla taajuuksilla sen vaikutus vähenee; elektroninen ja ortillinen polarisaatio ovat tyypillisiä atomi- ja elektroniryhmien reaktioihin.

Dieetropolisaatiota voidaan tutkia dielektrisella spektroskopialla, ja sen ominaisuudet antavat tietoa molekyylien dipolimomentien määrästä ja liikkeestä sekä nestemäisten ja kiinteiden aineiden viskositeetista. Se soveltuu erityisesti polymeereihin ja polarisiin nesteisiin.