Debye-Gleichung
Die Debye-Gleichung (benannt nach dem niederländischen Physikochemiker Peter Debye) verknüpft die makroskopisch messbare Größe Permittivität <math>\varepsilon</math> mit den mikroskopischen (molekularen) Größen elektrische Polarisierbarkeit <math>\alpha</math> und permanentes Dipolmoment <math>\mu</math>:
- <math>P_\mathrm m = \frac{\varepsilon_r-1}{\varepsilon_r+2} \cdot \frac{M}{\rho} = \frac{N_\mathrm A}{3 \, \varepsilon_0} \left(\alpha + \frac{\mu^2}{3 k_\mathrm B T}\right)</math>
Darin sind
- <math>P_\mathrm m</math> die molare Polarisation (ihre Einheit ist die eines molaren Volumens, also z. B. m3/mol)
- M die molare Masse (in kg/mol)
- <math>\rho</math> die Dichte (in kg/m3)
- <math>N_\mathrm A</math> die Avogadro-Konstante
- <math>\varepsilon_0</math> die elektrische Feldkonstante
- <math>k_\mathrm B</math> die Boltzmann-Konstante
- <math>T</math> die absolute Temperatur
- <math>k_\mathrm B T</math> die thermische Energie.
Die Debye-Gleichung vereinigt die temperaturabhängige Orientierungspolarisation (den Summand mit <math>\mu^2</math>) und die temperaturunabhängige Verschiebungspolarisation (den Summanden mit <math>\alpha</math>).
Für unpolare Stoffe (permanentes Dipolmoment <math>\mu = 0,</math> also nur induzierte Dipole) geht die Debye-Gleichung über in die Clausius-Mossotti-Gleichung.
Auch bei hochfrequenter Änderung des elektrischen Feldes (etwa ab Mikrowellen-Bereich) ist keine Orientierungspolarisation mehr zu beobachten, da dann die relativ trägen permanenten Dipole dem äußeren Feld nicht mehr folgen können. In diesem Fall geht die Debye-Gleichung ebenfalls in die Clausius-Mossotti-Gleichung über.
Literatur
- Peter Debye: Polare Molekeln. S. Hirzel, Leipzig 1929.