Polarisation

La polarisation est une grandeur physique macroscopique utilisée dans l'étude des propriétés des matériaux diélectriques.



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Électromagnétisme - Physique de la matière condensée - Physique quantique - Électrostatique

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  • Dans les situations les plus simples de la polarisation induite, le vecteur polarisation est proportionnel au champ électrique appliqué "E", le facteur de ... (source : futura-sciences)
  • Soumis à un champ électrique polarisant E0, un échantillon diélectrique se polarise. Cette polarisation est elle même à l'origine d'un champ de "réaction"... (source : assocampus.ifrance)
  • Une lumière non polarisée a un champ électrique perpendiculaire à la direction... la lumière ou d'observer sa polarisation est l'utilisation de polaroïds.... (source : dotapea)

La polarisation est une grandeur physique macroscopique utilisée dans l'étude des propriétés des matériaux diélectriques. Elle sert à désigner la densité de dipôles électriques. Son unité dans le dispositif mondial est le C/m2. Ce concept a été introduit par Faraday tandis qu'il étudiait le comportement des isolants électriques dans des champs électrostatiques.

Dans un diélectrique parfait, il n'existe pas de charges électriques libres. Surtout, un champ électrique appliqué ne provoque pas de courant électrique. Mais les charges électriques situées sont susceptibles de se déplacer sur de petites distances ou de vibrer sous l'influence d'un champ électrique : il y a alors apparition d'une polarisation.

Différents types de polarisation

Du point de vue microscopique, plusieurs phénomènes interviennent sous l'effet d'un champ électrique :

Ces phénomènes sont susceptibles de créer de nombreux dipôles électrostatiques microscopiques. La polarisation est la grandeur macroscopique correspondant à la somme, par unité de volume, des moments dipolaires microscopiques. Ainsi, si on note \vec p_1, \vec p_2, ..., \vec p_n les n moments dipolaires présents dans une unité de volume du matériau, la polarisation globale est :

\vec{P}=\vec p_1 + \vec p_2 + ... +\vec p_n

Matériaux électriquement ordonnés

Dans certains matériaux, il existe une polarisation électrique à l'état spontané, même en l'absence de champ électrique extérieur. Différents ordres électriques, c'est-à-dire différents arrangements des dipôles électriques dans le matériau, sont alors envisageables. La situation est dans le principe identique aux matériaux magnétiquement ordonnées. C'est d'ailleurs des matériaux magnétiques qu'a été hérité le vocabulaire désignant ces différents ordres.

Dans un matériau ferroélectrique, par exemple PbTiO3, les dipôles électriques dans deux mailles voisines sont alignés dans le même sens.

Dans un matériau antiferroélectrique, par exemple PbZrO3, les dipôles électriques dans deux mailles voisines sont alignés dans des directions opposées.

Polarisation induite par un champ, susceptibilité électrique

Dans le cas où la polarisation est due à un champ électrique \vec E appliqué au matériau, on rédigé au premier ordre que la polarisation induite est simplement proportionnelle au champ électrique :

\vec P = \epsilon_0 \chi \vec E

\epsilon_0\, est la permittivité du vide et \chi\, est la susceptibilité électrique du matériau. Cette relation est correcte et suffisante pour un matériau isotrope et pour un champ électrique pas trop intense. Elle sert à comprendre la plupart de phénomènes, comme la réfraction, la réflexion et l'absorption de la lumière. Pour les matériaux anisotropes, la relation doit être modifiée pour comprendre le phénomène de biréfringence.

Dans le cas d'un champ électrique intense, l'approximation précédente ne suffit plus. Les termes d'ordre supérieurs doivent être reconnus. C'est le domaine de l'optique non-linéaire.

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