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電偶極子

鎖定
電偶極子(electric dipole)是兩個等量異號點電荷組成的系統。電偶極子的特徵用電偶極矩p=ql描述,其中l是兩點電荷之間的距離,lp的方向規定由-q指向+q
電偶極子在外電場中受力矩作用而旋轉,使其電偶極矩轉向外電場方向。電偶極矩就是電偶極子在單位外電場下可能受到的最大力矩,故簡稱電矩
如果外電場不均勻,除受力矩外,電偶極子還要受到平移作用。電偶極子產生的電場是構成它的正(positive)、負(negative)點電荷產生的電場之矢量和。
中文名
電偶極子
外文名
electric dipole
特徵量
電偶極矩
適用學科
物理學
適用範圍
靜電學
相關內容
多級展開

電偶極子數學表述

稱相距為
的一對等量異號點電荷
組成的系統為電偶極子。其特徵量電偶極矩(簡稱電矩): [1] 
式中矢量
的方向被規定為由負電荷指向正電荷
國際單位制(SI)中,電偶極矩的量綱是
,單位是
微觀物理學中常用的單位為debye,符號為D;
,它相當於典型分子內部核間距離的十分之一(約
)同一個電子的電荷
的乘積。
電偶極子產生的電場
中心位於座標系原點的電偶極子在其遠方產生的電勢為: [1] 
所謂遠方是指
電偶極子產生的電場 電偶極子產生的電場
此式求梯度,即得位於原點的電偶極子在遠方產生的電場強度
外電場中的電偶極子
電偶極子僅在非均勻外電場中受非零合力。其所受合力為 [1] 
在外場中電偶極子還會受到力矩, [2] 
以上兩式中的電場強度都是指去除電偶極子自身場強後剩餘的電場。
從第二式可以看出,
的量值也就是電偶極子在單位外電場下可能受到的最大力矩,故電偶極矩也稱電矩
偶極子間的相互作用
如果偶極子
處於另一偶極子
產生的電場
中,則
的電勢能即相互作用能為

電偶極子分類及應用

電偶極子輻射示意圖 電偶極子輻射示意圖
實際生活多見的電偶極子體系是具有偶極矩的電介質分子。有一類電介質分子的正、負電荷中心不重合,自身形成電偶極子,稱為極性分子;另一類電介質分子的正、負電荷中心重合,稱為非極性分子,但在外電場作用下,兩個電荷中心會相互偏移,所以也形成電偶極子。 [2] 
電偶極子是電介質理論和原子物理學的重要模型,研究從穩恆到X光頻電磁場作用下電介質的色散和吸收,以及天線的輻射等現象,都要用到偶極子(例如振盪偶極子
)的概念。

電偶極子推廣

偶極子概念加以推廣,可有多極子,它是含有
個大小相等的點電荷,其中正負各半數,排列成有規律的點陣。在多極子系列中,n=0時,就是點電荷n=1,就是電偶極子;n=2,稱為四極子n≥2,統稱為高階多極子。高階多極子模型應用於核物理,其中最重要的是四極子。任意點電荷集合或任意分佈電荷,如果能夠用一個球面包圍,則球外的電勢可用集中在球心的點多極子系列的電勢之和表示,該操作稱為電場的多極展開
參考資料
  • 1.    胡友秋 程福臻 葉邦角.電磁學與電動力學(上冊):科學出版社,2008
  • 2.    趙凱華 陳熙謀.新概念物理教程-電磁學:高等教育出版社,2006