比耶鲁姆长度(Bjerrum length )是衡量介质极化程度的一种方法。
基本介绍
- 中文名:比耶鲁姆长度
- 外文名:Bjerrum length
- 定义:衡量介质极化程度的一种方法
- 领域:工程技术
定义
比耶鲁姆长度(Bjerrum length )是衡量介质极化程度的一种方法,定义为:在介电常数为
的介质中,距离为
的两个基本电荷对之间的静电势能
等于无规热能
(或者距离 lB的一摩尔基本电荷对之间的静电势能 U(r)等于无规热能 RT)。其中 kB为波尔兹曼常数,T为绝对温度,R气体常数是波兹曼常数k乘上阿伏伽德罗常数NA。当使用摩尔数计算粒子数时,较常使用气体常数。 比耶鲁姆长度以丹麦化学家比耶鲁姆的名字命名。比耶鲁姆长度是电解质体系、聚电解质体系和胶体分散系等中的一个很自然的尺度。




在国际单位制中,比耶鲁姆长度为

其中,e为基本电荷的电量,
为真空电容率,
为溶液的相对介电常数。对于水溶液,在室温(T=300K),
,于是
。




在高斯单位制中,
,比耶鲁姆长度为


例子
基本电子对间的库伦势定义为:

空气中,
= 1,一摩尔相距为
的基本电子对,电势能为:



根据比耶鲁姆长度的定义,库伦势等于内能:


当温度 T=298.15K 时:


极化定义
在经典电磁学里,当给电介质施加一个电场时,由于电介质内部正负电荷的相对位移,会产生电偶极子,这现象称为电极化(英语:electric polarization)。施加的电场可能是外电场,也可能是嵌入电介质内部的自由电荷所产生的电场。因为电极化而产生的电偶极子称为“感应电偶极子”,其电偶极矩称为“感应电偶极矩”。
电极化强度又称为“电极化矢量”,定义为电介质内的电偶极矩密度,也就是单位体积的电偶极矩。这定义所指的电偶极矩包括永久电偶极矩和感应电偶极矩。它的国际单位制度量单位是库侖每平方米(coulomb/m),表示为矢量P。
电极化强度P定义为电介质单位体积V内的电偶极矩p的平均值:

可以理解为在材料区域内电偶极子的强度和对齐程度。这个定义很容易推广到解析定义,即电极化就是电偶极矩微元dp与体积微元dV的比值:

这反过来便能导出电极化的物体的电偶极矩的一般表达式:

这表明P-场与磁化强度M-场是完全类似的:

对于由一个外加电场引起的P值的计算,必须已知电介质的电极化率χ。