
【化】 electric quadrupole
electricity
【計】 telewriting
【化】 electricity
【醫】 Elec.; electricity; electro-; galvano-
【化】 quadrupole
【機】 leaven
電四極子是電磁學中描述電荷分布高階特性的重要概念,其英文對應術語為"electric quadrupole"。根據經典電磁理論,電四極子可視為兩個反向電偶極子組成的系統,用于表征電荷分布偏離球對稱時的二次矩特征。
數學上,電四極矩張量定義為: $$ Q_{ij} = frac{1}{2} int rho(mathbf{r}) (3r_i rj - r delta{ij}) dr $$ 其中$rho(mathbf{r})$為電荷密度分布函數,$r_i$為位置坐标分量。該張量具有9個分量,但因對稱性和迹為零的性質,實際獨立分量為5個。
在物理意義上,電四極矩反映了電荷分布的二階不對稱性。當體系的總電荷和電偶極矩均為零時,電四極矩成為主導的電磁作用項。這種現象常見于分子結構(如二氧化碳的線性分子)和原子核的橢球形電荷分布中。
應用方面,電四極子概念在多個領域具有關鍵作用:
該概念的權威解釋可參考David J. Griffiths所著《電動力學導論》第三章,以及美國物理學會(APS)的《現代物理學評論》期刊中關于多極展開的專題論述。
電四極子是電磁學中描述複雜電荷分布的重要概念,其核心特征和物理意義如下:
電四極子是由兩個大小相等、方向相反的電偶極子組成的系統。其典型結構為:兩個正電荷(+q)位于兩端,中間有兩個重合的負電荷(-2q),整體呈現軸對稱分布(見圖示)。這種排列方式比單一電偶極子具有更高階的電荷分布特性。
電四極矩
描述電四極子的核心參數是電四極矩,其表達式為:
$$
Q = 2ql
$$
其中,( q )為單個電荷量,( l )為相鄰電荷間距的一半。
場衰減特性
在遠場區域(( r gg l )):
電四極子模型常用于:
電四極子可視為電偶極子的高階修正項。當系統總電荷和電偶極矩均為零時,電四極矩成為主導的電荷分布描述參數。
通過這種結構,電四極子能夠更精确地描述複雜電荷體系在遠場區域的電磁行為,是電磁學從簡單模型向實際應用擴展的重要概念。
【别人正在浏覽】