Moto browniano rotatorio

Il moto browniano rotatorio è il cambiamento casuale nell'orientamento di una molecola polare a causa degli urti con le altre molecole. È un elemento importante delle teorie dei materiali dielettrici.

La polarizzazione di un materiale dielettrico è la risultante tra le coppie dovute al campo elettrico impresso, che tende ad allineare le molecole e alle collisioni casuali, che tendono a distruggere l'allineamento. La teoria del moto browniano rotatorio permette di calcolare l'effetto complessivo di questi due effetti antagonisti e di prevedere in che modo la permittività di un materiale dielettrico dipende dalla tensione e dalla frequenza del campo elettrico imposto.

Il moto browniano rotatorio è stato discusso per la prima volta da Peter Debye,[1] che ha applicato la teoria di Einstein sul moto browniano alla rotazione delle molecole con dipoli elettrici permanenti. Debye ignorò gli effetti inerziali e suppose che le molecole fossero sferiche, con un intrinseco momento di dipolo fisso. Debye ha ricavato le formule per il tempo di rilassamento dielettrico e per la permittività. Queste formule sono state verificate con successo applicandole a molti materiali. Tuttavia, l'espressione di Debye per la permittività prevede che l'assorbimento tende a un valore costante quando la frequenza del campo elettrico applicato diventa molto alta, questa regione viene definita il "plateau di Debye". Questo fenomeno non è stato osservato sperimentalmente; nella realtà, l'assorbimento raggiunge un valore massimo per poi diminuire con l'aumentare della frequenza.

La rottura della teoria di Debye in questi regimi può essere corretta includendo effetti inerziali; permettendo alle molecole di essere non sferiche; comprese le interazioni dipolo-dipolo tra molecole; ecc. Questi sono problemi computazionalmente molto difficili e il moto browniano rotatorio è un argomento di grande interesse di ricerca attuale.

NoteModifica

  1. ^ Debye, P., Berichte der deutschen Physikalischen Gesellschaft, 15, 777 (1913)

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