在电介质理论和原子物理学中,电偶极子是很重要的模型。那么电偶极子究竟是如何定义的呢?有哪些分类?电偶极子产生的电场是怎么回事?电偶极子应用在哪些方面?本文会告诉你答案。
电偶极子指的是两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统。电偶极子的特征用电偶极距P=lq描述,其中 l是两点电荷之间的距离,l和P的方向规定由-q指向+q。电偶极子在外电场中受力矩作用而旋转,使其电偶极矩转向外电场方向。电偶极矩就是电偶极子在单位外电场下可能受到的最大力矩,故简称电矩。如果外电场不均匀,除受力矩外,电偶极子还要受到平移作用。电偶极子产生的电场是构成它的正、负点电荷产生的电场之和。在电介质理论和原子物理学中,电偶极子是很重要的模型。
分类
电介质分子的正、负电荷中心不重合,形成电偶极子,称为有极分子;
电介质分子的正、负电荷中心重合,称为无极分子,但在外电场作用下会相对位移,也形成电偶极子。
相距为l的一对等量异号点电荷+q和-q,并且它们到观察点P的距离r>>l。通常的媒质分子在外电场的作用下可以形成这种电偶极子。电偶极子的特征用电偶极矩(或电矩)p=lq表示,l和p的方向规定由-q指向+q。电矩p 的国际制单位为C·m(库·米)。微观物理学中常用的单位为德拜(debye);1德拜=3.336×10-30C·m,它相当于典型分子内部核间距离的十分之一(约2×10-11m)同一个电子的电荷e=1.6×10-19C的乘积。
(公式1)
电偶极子产生的电场
+q和-q分别在观察点P(r)产生的电位的代数和即电偶极子产生的电位。
公式1中墷只对P点的坐标变量运算。在P点的电场强度为
(公式2)
外电场中的电偶极子
若电偶极子+q和-q所在点的外电场的电位为V1和V2,则偶极子的位能W=qV1-qV2=q(l·墷)V=p·墷 V=-p·Eo,式中Eo为点偶极子所在的外电场强度。
偶极子在外电场中受到平移力
F=-墷W=墷(p·Eo)=(p·墷)Eo。
如果外电场均匀,Eo为常量,则F=0。
偶极子在外电场作用下受到的力矩 T=-дW/дθ=pEosinθ或T=p×Eo,它使电矩p同外电场强度Eo的夹角减小。如果p 同Eo平行,则力矩T=0。并可看到p的量值也就是电偶极子在单位外电场(Eo=1)下可能受到的最大力矩,故称电矩。
如果点偶极子 p1 处于另一偶极子 p2 产生的电场E2(r)中,则p1的位能即相互作用能为(公式3)。
(公式3)
如果外电场均匀,Eo为常量,则F=0。
偶极子在外电场作用下受到的力矩 T=-дW/дθ=pEosinθ或T=p×Eo,它使电矩p同外电场强度Eo的夹角减小。如果p 同Eo平行,则力矩T=0。并可看到p的量值也就是电偶极子在单位外电场(Eo=1)下可能受到的最大力矩,故称电矩。
如果点偶极子 p1 处于另一偶极子 p2 产生的电场E2(r)中,则p1的位能即相互作用能为(公式3)。
电偶极子是电介质理论和原子物理学的重要模型,研究从稳恒到 X光频电磁场作用下电介质的色散和吸收,以及天线的辐射等现象,可以用振荡偶极子poe来表示。
将偶极子概念加以推广,可有多极子,它是含有2n个大小相等的点电荷,其中正负各半数,排列成有规律的点阵。在多极子系列中,n=0时,就是点电荷;n=1,就是电偶极子;n=2,称为四极子;n≥2,统称为高阶多极子。
应用
应用有偶极子天线。高阶多级子模型应用于核物理,其中最重要的是四极子。任意点电荷集合或任意分布电荷,如果能够用一个球面包围,则球外的电位V可用集中在球心的点多极子系列的合成电位表示,称为电场的多极子展开。
特别推荐
- 增强视觉传感器功能:3D图像拼接算法帮助扩大视场
- PNP 晶体管:特性和应用
- 使用IO-Link收发器管理数据链路如何简化微控制器选择
- 用好 DMA控制器这两种模式 MCU效率大大提高!
- 深入分析带耦合电感多相降压转换器的电压纹波问题
- Honda(本田)与瑞萨签署协议,共同开发用于软件定义汽车的高性能SoC
- 第13讲:超小型全SiC DIPIPM
技术文章更多>>
- IGBT的并联知识点梳理:静态变化、动态变化、热系数
- 技术创新+场景多元,协作机器人产业腾飞正当时
- 跃昉科技五周年:以技术创新为引擎,推动行业数字化转型
- 2025第六届深圳国际芯片、模组与应用方案展览会
- 接线端子的类型与设计选择考虑事项
技术白皮书下载更多>>
- 车规与基于V2X的车辆协同主动避撞技术展望
- 数字隔离助力新能源汽车安全隔离的新挑战
- 汽车模块抛负载的解决方案
- 车用连接器的安全创新应用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
热门搜索
Lattice
LCD
LCD模组
LCR测试仪
lc振荡器
Lecroy
LED
LED保护元件
LED背光
LED调光
LED模拟调光
LED驱动
LED驱动IC
LED驱动模块
LED散热
LED数码管
LED数字调光
LED显示
LED显示屏
LED照明
LED照明设计
Lightning
Linear
Litepoint
Littelfuse
LTC
LTE
LTE功放
LTE基带
Marvell