偶极子

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在物理学中,偶极子是一种以两种方式发生的电磁现象: 电偶极子处理在任何电磁系统中发现的正电荷和负电荷的分离。该系统的一个简单示例是一对大小相等但符号相反的电荷,它们之间的距离通常很小。(永久电偶极子称为驻极体。) 磁偶极子是电流系统的闭合循环。一个简单的例子是一个单回路的导线,其中有恒定电流通过它。条形磁铁是具有永久磁偶极矩的磁铁的一个例子。 偶极子,无论是电的还是磁的,都可以用它们的偶极矩(一个...

偶极子

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在物理学中,偶极子是一种以两种方式发生的电磁现象:

  • 电偶极子处理在任何电磁系统发现的正电荷和负电荷的分离。 该系统的一个简单示例是一对大小相等但符号相反的电荷,它们之间的距离通常很小。 (xxx电偶极子称为驻极体。)
  • 磁偶极子是电流系统的闭合循环。 一个简单的例子是一个单回路的导线,其中有恒定电流通过它。 条形磁铁是具有xxx磁偶极矩的磁铁的一个例子。

偶极子,无论是电的还是磁的,都可以用它们的偶极矩(一个矢量)来表征。 对于简单的电偶极子,电偶极矩从负电荷指向正电荷,其大小等于每个电荷的强度乘以电荷之间的距离。 (准确地说:对于偶极矩的定义,应该始终考虑偶极极限,例如,产生电荷的距离应该收敛到 0,同时电荷强度应该以这种方式发散到无穷大 乘积保持正常数。)

对于磁(偶极)电流环路,磁偶极矩指向通过环路(根据右手抓握法则),其大小等于环路中的电流乘以环路面积。

与磁流环路类似,电子粒子和其他一些基本粒子具有磁偶极矩,因为电子产生的磁场与非常小的电流环路产生的磁场相同。 然而,电子的磁偶极矩不是由于电流环路引起的,而是由于电子的固有特性引起的。 电子也可能具有电偶极矩,尽管尚未观察到(参见电子电偶极矩)。

永磁体(例如条形磁铁)的磁性归功于电子的固有磁偶极矩。 条形磁铁的两端称为磁极——不要与单极混淆,请参阅下面的分类)——并且可以标记为北极和南极。 就地球磁场而言,它们分别是寻北极和寻南极:如果磁铁自由悬浮在地球磁场中,则寻北极将指向北方,指向地球。 南极将指向南方。 条形磁铁的偶极矩从其磁南指向其磁北极。 在磁罗盘中,磁棒的北极指向北方。 然而,这意味着地球的地磁北极是其偶极矩的南极(南极),反之亦然。

产生磁偶极子的xxx已知机制是通过电流环路或量子力学自旋,因为磁单极子的存在从未被实验证明过。

分类

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物理偶极子由两个相等且相反的点电荷组成:字面意义上的两个极。 它在远距离(即与极距相比距离较大)的场几乎完全取决于上述定义的偶极矩。 点(电)偶极子是在保持偶极矩固定的情况下让分离趋于 0 所获得的极限。 点偶极场的形式特别简单,多极展开中的1阶项就是点偶极场。

偶极子

尽管自然界中没有已知的磁单极子,但存在与电子等粒子相关的量子力学自旋形式的磁偶极子(尽管对此类效应的准确描述超出了经典电磁学的范畴)。 理论上的磁点偶极子具有与电点偶极子的电场形式完全相同的磁场。 一个很小的载流回路近似为一个磁点偶极子; 这种环路的磁偶极矩是环路中流动的电流与环路(矢量)面积的乘积。

电荷或电流的任何配置都有一个“偶极矩”,它描述的偶极子的场在远距离上最接近给定配置的场。 当总电荷(单极矩)为 0 时,这只是多极展开式中的一项——对于磁性情况总是如此,因为没有磁单极子。 偶极子项在远距离处占主导地位:与下一个(四极子)项的 1/r4 和更高项的 1/r 的更高幂或 1/r2 相比,它的场与 1/r3 成比例下降 对于单极子项。

分子偶极子

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由于正电荷和负电荷在各种原子上的不均匀分布,许多分子具有这样的偶极矩。

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