偶极子
- 中文名
- 偶极子
- 外文名
- electric dipole
- 来源
- 电磁学
- 释义
- 相距很近、符号相反的一对电荷
- 代表
- 地球磁场
- 分类
- 电偶极子、磁偶极子
目录
永久磁铁的磁偶极矩来自于电子内禀的磁偶极矩。长条形的永久磁铁称为条形磁铁,其两端称为指北极和指南极,其磁偶极矩的方向是由指南极朝向指北极。这常规与地球的磁偶极矩恰巧相反:地球的磁偶极矩的方向是从地球的地磁北极指向地磁南极。地磁北极位于北极附近,实际上是指南极,会吸引磁铁的指北极;而地磁南极位于南极附近,实际上是指北极,会吸引磁铁的指南极。罗盘磁针的指北极会指向地磁北极;条形磁铁可以当作罗盘使用,条形磁铁的指北极会指向地磁北极。
根据当前的观察结果,磁偶极子产生的机制只有两种,载流回路和量子力学自旋。科学家从未在实验里找到任何磁单极子存在的证据。
电偶极子
两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统称为电偶极子。电偶极子的特征用电偶极矩p=ql描述,其中l是两点电荷之间的距离,方向规定由-q指向+q。电偶极子在外电场中受力矩作用而旋转,使其电偶极矩转向外电场方向。电偶极矩就是电偶极子在单位外电场下可能受到的最大力矩,故简称电矩。如果外电场不均匀,除受力矩外,电偶极子还要受到平移作用。电偶极子产生的电场是构成它的正、负点电荷产生的电场之和。
有一类电介质分子的正、负电荷中心不重合,形成电偶极子,称为有极分子;另一类电介质分子的正、负电荷中心重合,称为无极分子,但在外电场作用下会相对位移,也形成电偶极子。在电介质物理学和原子物理学中,电偶极子是很重要的模型。应用有偶极子天线。
磁偶极子
一个载流的小闭合圆环称为磁偶极子,即一个小电流环。
当场点到载流小线圈的距离远大于它的尺寸时,这个载流小线圈就是一个磁偶极子。磁荷观点认为,磁场是由磁荷产生的,磁针的N极带正磁荷,S极带负磁荷,磁荷的多少用磁极强度qm来表示。相距l、磁极强度为±qm的一对点磁荷,当l远小于场点到它们的距离时,±qm构成的系统叫磁偶极子。
与电偶极子的比较,在远离偶极子处,磁偶极子和电偶极子的场分布是相同的,但在偶极子附近,二者场分布不同。
引申:磁感线是闭合的,电场线是间断的。
定义:在自动控制原理中,实轴上一对距离很近的开环零点和极点,附近又没有其它零极点,我们把它们称为偶极子。一般这对零极点的距离应小于他们到其他零极点距离的5——10倍,这时这对零极点可以对消,从而降低系统的阶数,简化系统模型。开环零点为使系统开环传递函数分子为零的点,极点为使开环传递函数分母为零的点。
很多分子都拥有电偶极矩。这是因为分子内部正、负电荷的不均匀分布。例如:
(正价) H-Cl (负价)拥有永久电偶极矩的分子称为极化分子。假若一个分子带有感应电偶极子,则称此分子被极化。彼得·德拜是最先研究分子的电偶极子的物理化学家。为了纪念他的贡献,电偶极矩的测量单位被命名为德拜(debye),符号为D。
分子的电偶极子又分为以下三种(参阅分子间作用力):
永久电偶极子:假若,一个分子内的几个原子的电负性差异很大,电负性较大的原子会吸引电子更接近自己,因而使得所占据区域变得更具负性;另外电负性较小的原子的区域会变得更具正性。这样,就形成了永久电偶极子。
瞬时电偶极子:有时候,电子会洽巧地比较集中于分子内的某一个区域,这偶发状况会产生暂时的电偶极子。
感应电偶极子:当施加外电场于一个分子时,感应这外电场的作用,分子内部正常的电子云形状会被改变,因而产生电偶极子。其伴随的电偶极矩等于外电场和极化性的乘积。
下表为常见的化合物在气态时的电偶极矩,采用德拜单位:
物质 | 电偶极矩p/D |
二氧化碳 | 0 |
一氧化碳 | 0.112 |
臭氧 | 0.53 |
光气 | 1.17 |
水蒸气 | 1.85 |
氰化氢 | 2.98 |
氨基氰 | 4.27 |
溴化钾 | 10.41 |
这些数值可从相对电容率εr的测量值计算求得。当分子因为对称性而使得净电偶极矩被抵消,则设定电偶极矩为 0 。电偶极矩最大值在 10 到 11 这值域内。知道电偶极矩值,科学家可以推论出相应的分子结构。例如,数据显示出,二氧化碳是一个线性分子;而臭氧则不是。
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