Может ли поляризоваться проводник?

[Fedor F]

Sidar писал(а):

Fedor F писал(а):

Sidar писал(а):

А одни только подвижные электроны в проводящем металле (в отличие, от полупроводника или плазмы), естественно, в элементах объёма однородного «электронного облака» электрических моментов образовать не могут.

Уважаемый, Sidar!
Большое спасибо за ценную информацию. Не знал, что понятие поляризации даже гостировано. Но кажется одного участника форума я уже убедил в том, что проводники на микроскопическом уровне поляризоваться не могут. У меня к Вам просьба. Посмотрите, пожалуйста, на моём сайте работу "Существуют ли ошибки в современной физике?" стр.37, гле рассмотрен вопрос об ошибочности введения в проводниках вектора поляризации, и согласны ли Вы с таким утверждением?
С уважением Ф. Ф. Менде

================================================
Нет особой необходимости убеждать кого-либо в выдвинутом тезисе, так как истина достаточно тривиальна. Но в любом случае желательны вполне точные и аккуратные формулировки. Как известно, «ГОСТировано» не только «понятие поляризации», но и понятие «проводника». В соответствии с этим к проводникам в широком смысле, кроме металлов (с электронной проводимостью), относятся также полупроводники (с электронно-дырочной проводимостью), полуметаллы, несовершенные диэлектрики (с ионной и электронной проводимостью), электролиты (с ионной и молионной проводимостью), плазма (с ионной и электронной проводимостью), сверхпроводники и другие. Существенно, что в большинстве из этих «проводников» (например, в кристаллических полупроводниках, жидких и твёрдых несовершенных диэлектриках) процессы «сквозной проводимости» и «диэлектрической поляризации» существуют одновременно и независимо, чётко проявляясь по динамическим свойствам в их полных характеристических диэлектрических (электрических) спектрах.
Более того, в полупроводниках и несовершенных диэлектриках в ряде случаев наблюдается локальное сосредоточение «вмороженных» электрических «объёмных зарядов» разноимённых знаков, что рассматривается в качестве одной из разновидностей «электрической поляризации» [Джоветт Ч. Е. Статическое электричество в электронике. – М.: Энергия, 1980 (с. 19, Рис. 1.3. Типы поляризации)]. В результате совершенно ясно, что эти «проводники» прекрасно объёмно электрически поляризуются на любом уровне (макроскопическом или микроскопическом).
Поэтому ваш вопрос в большей мере относится лишь к отдельным видам из известных проводников (в частности, к металлам и плазме). Другие проводники во всех случаях успешно поляризуются.

Что касается «ошибочного» представления процесса «проводимости» на высоких частотах в виде непрерывного процесса «мнимой переполяризации» (с введением некоторого «поляризационного вектора» для электронов) [упомянутая «Электродинамика сплошных сред». – М.: 1959, с. 318]., то такой формальный подход в принципе математически допустим, однако, подобная нетрадиционная ориентация в трактовке явлений вряд ли в данном случае физически оправдана.

Ещё раз спасибо за исчерпывающий ответ.
Думаю, что во всех случаях, когда мы имеем дело со свободными носителями заряда, будь то электроны или дырки, микроскопическая поляризация не может иметь место. В случае же макроскопической поляризации, при очень малом количестве свободных носителей, их может не хватить, чтобы образовать достаточный повехностный заряд па гранях образца для полной компенсации полей внутри него.
С уважением Ф. Ф. Менде

[Михаил Дмитриев]

Sidar писал(а):

В результате совершенно ясно, что эти «проводники» прекрасно объёмно электрически поляризуются на любом уровне (макроскопическом или микроскопическом).

А где проходит грань между макро и микро применительно к данной теме (какие объемы)?
И где грань между атмосферой и вакуумом? Воздушный трансформатор в околоземном вакууме будет работать не хуже, чем на поверхности Земли (в воздушной атмосфере). На более высокой частоте он будет работать и в межзвездном и в межгалактическом вакуумах.
Единственным местом, где он работать откажется вообще (на любой частоте), является абсолютная пустота за пределами горизонта событий Вселенной. Там и гравитационное поле отсутствует, и все другие известные (и неизвестные еще) поля. Это к вопросу о физической сущности электрического и магнитного полей.

[Sidar]

Михаил Дмитриев писал(а):

Sidar писал(а):

В результате совершенно ясно, что эти «проводники» прекрасно объёмно электрически поляризуются на любом уровне (макроскопическом или микроскопическом).

А где проходит грань между макро и микро применительно к данной теме (какие объемы)?
....

============================================
П рименительно к данной теме исторически сложившийся (энциклопедический) смысл терминов «макро» (большой размер или величина чего-либо) и «микро» (малый размер или величина чего-либо) сохраняется. Термин «микро» имеет также второе значение, определяющее системы с параметрами менее микронных размеров (обычно уже не различимые невооружённым глазом). В этом смысле, например, более мелкого уровня «наносистемы» (наноэлектроника, нанотехнологии) также относятся к «микросистемам» (микроэлектронике, микротехнологиям), посколько условная «микронная граница» уже пройдена.
Однако, здесь принципиальное значение имеет не столько размер, сколько наличие границ в малых или больших объёмах проводника (более характерное для макроскопических тел), и микроскопическое (на уровне микрочастиц) рассмотрение процессов, ответственных за «проводимость» и «поляризацию» всего тела или предельно малых его объёмов. Такое микроскопическое рассмотрение одинаково существенно как для микросистем, так и для макросистем.

[Tiger-OZ]

Sidar писал(а):

В отношении «поляризации проводника» вследствие эффекта Холла необходимо отметить некоторые смысловые и физические тонкости. Во-первых, здесь имеет место макроскопическая поляризация всего тела (проводника) при отсутствии (прежде всего, в металлических проводниках) микроскопической объёмной поляризации. Во-вторых, электрический момент этого «макроскопического диполя» не задействован как таковой для взаимодействия с внешним электрическим полем (в аспекте электродинамики сплошных сред). Кроме того, эту разновидность «поляризации проводника» скорее можно отнести к специальному случаю локальной «электризации проводящего тела» в результате разделения зарядов в условиях эффекта Холла.
Что касается различий условий для возникновения поляризации в различных типах электропроводников (металлических проводников, полупроводников и несовершенных диэлектриков), то именно этим они и отличаются (несмотря на размытость границ по величине удельного электросопротивления или ширине запрещённой зоны). В массивных металлических проводниках микроскопическая объёмная поляризация (в отличие от полупроводников и несовершенных диэлектриков) не наблюдается..

Микроскопическая объёмная поляризация (в отличие от полупроводников и несовершенных диэлектриков) не наблюдается так как свободные заряды скапливаются на противоположных гранях проводника? Т.е. возникает поверхностная плотность заряда? Но если так, то поверхн. пл. зар. - это абстракция реализуемая через нормальную объёмную через дельта-функцию. А реальные заряды скапливаются в ТОНКОЙ (конечной толщины) приграничной области. Т.е. налицо объёмный заряд и как следствие та самая микроскопическая поляризация. Но работать с ней жесть как неликвидно, потому и используются модели, в которых этой микрополяризации нет. А то возникли бы чуть ли не снова дельта функции или что-то близкое к ним. Додумайте сами.

[Fedor F]

Всем спасибо за полезную дискуссию

[Fedor F]

Fedor F писал(а):

Всем спасибо за полезную дискуссию

Но думаю, что дискуссия только начинается, и здесь как и на теме http://lib.mexmat.ru./forum/viewtopic.php?t=14012 еще предстоят жаркие споры и дискуссии не только по поводу существа данной работы, но и по поводу путей развития самой науки, и в частности физики, и о том, какую роль в современной физике играют ортодоксальные точки зрения, и о том, какими же все-таки путями будет развиваться физика. Говорю это потому, что в данной работе также ставится вопрос о серъёзных физических ошибках, имеющих место в трудах таких уважаемых ученых, как Л. Д. Ландау и В. Л. Гинзбург.
Однако я попрежнему считаю, что мало у кого найдет достаточно аргументов, чтобы утверждать, что ортодоксальные точки зрения, если смотреть хоть немного вперед, имеют хоть какой-то шанс на выживание.

[Sidar]

Применительно к проводику в статическом электрическом поле можно говорить лишь о его макроскопической поляризации (как тела конечных размеров) без образования электрических диполей на микроуровне. Наличие проводящих микровключений в диэлектрической среде подобным образом приводит к существенному увеличению эффективной диэлектрической проницаемости среды, которая учитывается обычным для диэлектрика методом (по механизму Максвелла-Вагнера) или в виде «искусственного диэлектрика».
В переменных полях (в частности, при гармонических синусоидальных режимах) в сплошных проводниках [с проводимостью за счёт свободных носителей заряда (электронов – в металлах, электронов и ионов – в плазме)] возможно использование понятия комплексной диэлектрической проницаемости проводника, исходя из эквивалентности соответствующих схем замещения проводника как элемента электрической или диэлектрической цепи.
При этом для проводников допустимо также применение понятий электрической индукции и потока электрической индукции, без необходимости введения каких-либо векторов электрической поляризации.
Так в дифференциальной форме

$\dot{\delta} = j\omega \dot{D} = j\omega\dot{\epsilon}\epsilon_{0}\dot{E} = \dot{y}\dot{E}$ (1)

$\dot{y} = j\omega\dot{\epsilon}\epsilon_{0}$ (2)

$\dot{\epsilon} = \frac{\dot{y}}{j\omega\epsilon_0} = - j\frac{\dot{y}} {\omega\epsilon_0}$ (3)

С учётом истинной проводимости проводника за счёт свободных носителей заряда

$\dot{y} = j\omega\epsilon_{0} + \dot{\gamma}$ (4)

$\dot{\epsilon} = 1 - j\frac{\dot {\gamma}} {\omega \epsilon_0}$ (5)

Для чистого сверхпроводника (при $\gamma = \infty$)

$\dot{\gamma} = \frac{1} {j\omega\xi}$ (6)

и комплексная диэлектрическая проницаемость оказывается вещественной величиной

$\dot{\epsilon}_{s} = \epsilon_{s} = 1 - \frac {1} {\omega^2 \xi \epsilon_0}$ (7)

где
$\xi$ – удельная кинетическая индуктивность, Гн$\cdot$м;
$\epsilon_0$ – диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м.

Для нормального металла в соотношение (5)_может быть подставлено выражение для комплексной проводимости $\dot{\gamma}$ в виде формулы Друде и частотные зависимости составляющих комплексной диэлектрической проницаемости проводника соответственно приобретут более сложный вид, в котором они, вероятно, не анализировались.

[Edu]

Подскажите, пожалуйста, имеет ли смысл находить концентрацию свободных носителей в квантовой точке, учитывая пьезоэлектрические свойства ее материала?

[SINELNIKOF]

Fedor F в сообщении #127897 писал(а):

Fedor F писал(а):

Всем спасибо за полезную дискуссию

Но думаю, что дискуссия только начинается, и здесь как и на теме http://lib.mexmat.ru./forum/viewtopic.php?t=14012 еще предстоят жаркие споры и дискуссии не только по поводу существа данной работы, но и по поводу путей развития самой науки, и в частности физики, и о том, какую роль в современной физике играют ортодоксальные точки зрения, и о том, какими же все-таки путями будет развиваться физика. Говорю это потому, что в данной работе также ставится вопрос о серъёзных физических ошибках, имеющих место в трудах таких уважаемых ученых, как Л. Д. Ландау и В. Л. Гинзбург.
Однако я попрежнему считаю, что мало у кого найдет достаточно аргументов, чтобы утверждать, что ортодоксальные точки зрения, если смотреть хоть немного вперед, имеют хоть какой-то шанс на выживание.

В Вшем контексте хотелось бы поднять и обсудить следующий вопрос. Что происходит внутри проводника, помещенного в стационарное электрическое поле? Теория говорит, что проводник поляризуется за счет скопления плюсовых и минусовых зарядов на противоположных поверхностях проводника. Индуцированные заряды поляризации создают внутри проводника электрическое поле, равное по величине внешнему, но противоположное ему по направлению. В результате этого суммарное поле внутри проводника равно нулю. Вопрос состоит в том: как правильнее понимать: внури проводника нет никакого поля, или по принципу суперпозиции существует два противоположно направленных и уничтожающих друг друга электрических поля, внешнее и внутреннее?
Синельников.

[Instant]

Здравствуйте, Синельников. Данная тема уже с бородой, но Ваш недавний вопрос побудил меня зарегистрироваться на форуме и ответить на него.
Начну с того, что утверждение Fedor F относится к черезмерной идеализации проводника. Так называемые "свободные заряды", таковыми в полной мере не являются. Судите сами. Рассмотрим, например, медный проводник, Cu(A=64,Z=29). Когда нейтральные атомы меди сформировали металл-проводник, то один или два валентных (слабосвязанных в силу присутствия других атомов и не нулевой температуры ) электронов становятся квазисвободными. Ион меди Cu+ (или Cu++) не есть элементарный точечный положительный заряд, а 29 положительных протонов ядра и 28 отрицательных электронов оболочки. При наличии внешнего электрического поля эти заряды смещаются, образуя атомный диполь и порождая элементарный поляризационный вектор ("на микроскопическом уровне" !). Такой диполь можно назвать симметричным. Cu++ дает пример асимметричного по заряду диполя. Совокупность всех элементарных диполей плюс смещённые "свободные заряды" и положительно заряженный "остов" решетки (эффективный макро-диполь) формируют макроскопический вектор поляризации (при таком рассмотрении надо быть аккуратным, чтобы исключить двойной счёт). Вектора диполей противонаправлены вектору внешнего электрического поля.

Таким образом, возвращаясь к Вашему вопросу находим, что поле внутри проводинка есть векторная сумма (суперпозиция) полей всех диполей и внешнего поля. Из данного микроскопического рассмотрения ясно, что поля "уничтожают"/нейтрализуют друг друга только при усреднении по некоторому объему (элементарной ячейки). В результате этого поле внутри проводника в среднем равно нулю.