
【化】 electric multipole
electricity
【計】 telewriting
【化】 electricity
【醫】 Elec.; electricity; electro-; galvano-
【計】 multipole
【機】 leaven
在電磁學中,電多極子(Electric Multipole)是描述電荷分布所産生的電勢或電場隨距離衰減特性的重要概念。它通過将任意複雜的電荷分布分解為一系列簡單的、具有不同階數(極矩)的點源(多極子)疊加來分析其遠場行為。以下是從漢英詞典角度并結合物理概念的詳細解釋:
電多極子 (Electric Multipole)
指由多個點電荷(如偶極子、四極子等)構成的系統,用于表征非對稱電荷分布的電磁性質。其英文術語為Electric Multipole,其中:
多極矩 (Multipole Moment)
描述電荷分布偏離球對稱程度的物理量,如:
電勢的多極展開
任意電荷分布的電勢 (phi(mathbf{r})) 在遠場((r gg) 分布尺度)可展開為: $$ phi(mathbf{r}) = frac{1}{4piepsilon0} left[ frac{Q}{r} + frac{mathbf{p} cdot hat{mathbf{r}}}{r} + frac{1}{2} sum{i,j} Q_{ij} frac{hat{r}_i hat{r}_j}{r} + cdots right] $$ 其中:
階數與物理意義 |階數 |名稱|物理意義 |典型例子 | |------------|---------------|--------------------------------------------|----------------------------| | (l=0)| 單極子| 系統淨電荷| 點電荷 | | (l=1)| 電偶極子| 正負電荷對,如分子極性| H₂O分子| | (l=2)| 電四極子| 對稱性更低的分布,無淨電荷與偶極矩| 啞鈴形電荷陣列 | | (l geq 3)| 高階多極子| 描述更複雜電荷構型| 原子核形狀分析 |
電多極矩決定電磁波輻射模式(如偶極輻射主導低頻段)。
偶極矩解釋極性分子行為;四極矩用于核磁共振(NMR)譜分析 。
通過引力勢多極展開研究天體内部質量分布 。
通過上述分層解析,電多極子的概念從基礎術語到物理本質得以系統呈現,為電磁學理論與應用提供關鍵理論基礎。
電多極子(electric multipole)是電磁學中用于描述電荷分布特性的概念,通過将複雜電荷系統分解為不同階次的極矩(如單極、偶極、四極等)來分析其電場特性。以下是詳細解釋:
基本定義
電多極子展開是一種數學方法,将任意電荷分布産生的電勢或電場,在遠場區域近似為一系列多極子場的疊加。其中:
物理意義
當觀測點距離電荷分布區域足夠遠時(遠場條件),高階多極子(如四極子、八極子)的貢獻逐漸減小,因此可通過截斷展開式簡化計算。
數學表達
電勢的多極展開式為:
$$
phi(mathbf{r}) = frac{1}{4piepsilon0} left( frac{Q}{r} + frac{mathbf{p}cdothat{r}}{r} + frac{1}{2}sum Q{ij}frac{hat{r}_ihat{r}j}{r} + cdots right)
$$
其中$Q$為總電荷(單極矩),$mathbf{p}$為電偶極矩,$Q{ij}$為電四極矩張量。
應用場景
該方法常用于分析分子電性、天線輻射場、核物理中的電荷分布等。例如,在電磁波輻射問題中,偶極子輻射是基礎模型。
若需進一步了解多極子展開的推導或具體案例,可查閱電磁學教材或相關論文。
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