
【化】 electric multipole
electricity
【计】 telewriting
【化】 electricity
【医】 Elec.; electricity; electro-; galvano-
【计】 multipole
【机】 leaven
在电磁学中,电多极子(Electric Multipole)是描述电荷分布所产生的电势或电场随距离衰减特性的重要概念。它通过将任意复杂的电荷分布分解为一系列简单的、具有不同阶数(极矩)的点源(多极子)叠加来分析其远场行为。以下是从汉英词典角度并结合物理概念的详细解释:
电多极子 (Electric Multipole)
指由多个点电荷(如偶极子、四极子等)构成的系统,用于表征非对称电荷分布的电磁性质。其英文术语为Electric Multipole,其中:
多极矩 (Multipole Moment)
描述电荷分布偏离球对称程度的物理量,如:
电势的多极展开
任意电荷分布的电势 (phi(mathbf{r})) 在远场((r gg) 分布尺度)可展开为: $$ phi(mathbf{r}) = frac{1}{4piepsilon0} left[ frac{Q}{r} + frac{mathbf{p} cdot hat{mathbf{r}}}{r} + frac{1}{2} sum{i,j} Q_{ij} frac{hat{r}_i hat{r}_j}{r} + cdots right] $$ 其中:
阶数与物理意义 |阶数 |名称|物理意义 |典型例子 | |------------|---------------|--------------------------------------------|----------------------------| | (l=0)| 单极子| 系统净电荷| 点电荷 | | (l=1)| 电偶极子| 正负电荷对,如分子极性| H₂O分子| | (l=2)| 电四极子| 对称性更低的分布,无净电荷与偶极矩| 哑铃形电荷阵列 | | (l geq 3)| 高阶多极子| 描述更复杂电荷构型| 原子核形状分析 |
电多极矩决定电磁波辐射模式(如偶极辐射主导低频段)。
偶极矩解释极性分子行为;四极矩用于核磁共振(NMR)谱分析 。
通过引力势多极展开研究天体内部质量分布 。
通过上述分层解析,电多极子的概念从基础术语到物理本质得以系统呈现,为电磁学理论与应用提供关键理论基础。
电多极子(electric multipole)是电磁学中用于描述电荷分布特性的概念,通过将复杂电荷系统分解为不同阶次的极矩(如单极、偶极、四极等)来分析其电场特性。以下是详细解释:
基本定义
电多极子展开是一种数学方法,将任意电荷分布产生的电势或电场,在远场区域近似为一系列多极子场的叠加。其中:
物理意义
当观测点距离电荷分布区域足够远时(远场条件),高阶多极子(如四极子、八极子)的贡献逐渐减小,因此可通过截断展开式简化计算。
数学表达
电势的多极展开式为:
$$
phi(mathbf{r}) = frac{1}{4piepsilon0} left( frac{Q}{r} + frac{mathbf{p}cdothat{r}}{r} + frac{1}{2}sum Q{ij}frac{hat{r}_ihat{r}j}{r} + cdots right)
$$
其中$Q$为总电荷(单极矩),$mathbf{p}$为电偶极矩,$Q{ij}$为电四极矩张量。
应用场景
该方法常用于分析分子电性、天线辐射场、核物理中的电荷分布等。例如,在电磁波辐射问题中,偶极子辐射是基础模型。
若需进一步了解多极子展开的推导或具体案例,可查阅电磁学教材或相关论文。
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