
【化】 electric dipole
電偶極子是電磁學中的核心概念,指由一對等量異號電荷(+q 和 -q)構成的系統,其間距遠小于觀測點到系統的距離。對應的英文術語為"electric dipole"(美國物理學會推薦術語。其數學定義為電偶極矩(dipole moment)$mathbf{p} = q cdot mathbf{d}$,其中$mathbf{d}$為電荷間距矢量,方向由負電荷指向正電荷。
該概念在多個領域具有重要應用:
國家标準GB/T 2900.1-2008《電工術語 基本術語》明确其定義為"由兩個相距極近且等值異號的點電荷組成的系統"。最新研究顯示,納米級電偶極子排列可提升太陽能電池轉換效率達18%(2024年《自然·能源》論文)。
電偶極子是電磁學中的重要概念,指由一對大小相等、符號相反的點電荷(+q 和 -q)組成的系統,兩電荷之間保持固定距離。其核心特征和性質如下:
結構特性
由兩個等量異號電荷構成,電荷量相等(|+q|=|-q|),且間距為$l$(通常遠小于觀測點到系統的距離)。
電偶極矩(核心參數)
定義為矢量$mathbf{p} = q cdot mathbf{l}$,方向由負電荷指向正電荷。其中:
延長線方向
在電偶極子中軸線(延長線)上,距離中心$r$處的電場強度為:
$$
E = frac{1}{4piepsilon_0} cdot frac{2p}{r}
$$
方向與電偶極矩$mathbf{p}$一緻。
中垂線方向
在中垂線上,電場強度大小為:
$$
E = frac{1}{4piepsilon_0} cdot frac{p}{r}
$$
方向與$mathbf{p}$相反。
力矩作用
在外電場$mathbf{E}$中,電偶極子受到力矩$mathbf{tau} = mathbf{p} times mathbf{E}$,使其趨向于與外電場方向對齊。
能量關系
電勢能$U = -mathbf{p} cdot mathbf{E}$,當偶極矩與外場同向時能量最低,反向時最高。
電偶極子模型不僅用于分析微觀分子極性(如H₂O分子),還在電磁波輻射、介電材料等領域有重要應用。其簡化模型幫助理解複雜電荷系統的宏觀效應,例如鐵電材料的極化現象。
(注:以上公式采用KaTeX格式,方向定義參考權威描述)
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