
【化】 electric dipole
电偶极子是电磁学中的核心概念,指由一对等量异号电荷(+q 和 -q)构成的系统,其间距远小于观测点到系统的距离。对应的英文术语为"electric dipole"(美国物理学会推荐术语。其数学定义为电偶极矩(dipole moment)$mathbf{p} = q cdot mathbf{d}$,其中$mathbf{d}$为电荷间距矢量,方向由负电荷指向正电荷。
该概念在多个领域具有重要应用:
国家标准GB/T 2900.1-2008《电工术语 基本术语》明确其定义为"由两个相距极近且等值异号的点电荷组成的系统"。最新研究显示,纳米级电偶极子排列可提升太阳能电池转换效率达18%(2024年《自然·能源》论文)。
电偶极子是电磁学中的重要概念,指由一对大小相等、符号相反的点电荷(+q 和 -q)组成的系统,两电荷之间保持固定距离。其核心特征和性质如下:
结构特性
由两个等量异号电荷构成,电荷量相等(|+q|=|-q|),且间距为$l$(通常远小于观测点到系统的距离)。
电偶极矩(核心参数)
定义为矢量$mathbf{p} = q cdot mathbf{l}$,方向由负电荷指向正电荷。其中:
延长线方向
在电偶极子中轴线(延长线)上,距离中心$r$处的电场强度为:
$$
E = frac{1}{4piepsilon_0} cdot frac{2p}{r}
$$
方向与电偶极矩$mathbf{p}$一致。
中垂线方向
在中垂线上,电场强度大小为:
$$
E = frac{1}{4piepsilon_0} cdot frac{p}{r}
$$
方向与$mathbf{p}$相反。
力矩作用
在外电场$mathbf{E}$中,电偶极子受到力矩$mathbf{tau} = mathbf{p} times mathbf{E}$,使其趋向于与外电场方向对齐。
能量关系
电势能$U = -mathbf{p} cdot mathbf{E}$,当偶极矩与外场同向时能量最低,反向时最高。
电偶极子模型不仅用于分析微观分子极性(如H₂O分子),还在电磁波辐射、介电材料等领域有重要应用。其简化模型帮助理解复杂电荷系统的宏观效应,例如铁电材料的极化现象。
(注:以上公式采用KaTeX格式,方向定义参考权威描述)
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