電偶極子是一種基本的輻射單元,它是一個載有時變電流的電流元,其長度遠遠小於波長一對等值異號的電荷相距一個小的距離,稱為電偶極子。
電偶極子的特徵用電偶極距P=lq描述,其中 l是兩點電荷之間的距離,l和P的方向規定由-q指向+q。電偶極子在外電場中受力矩作用而旋轉,使其電偶極矩轉向外電場方向。電偶極矩就是電偶極子在單位外電場下可能受到的最大力矩,故簡稱電矩。如果外電場不均勻,除受力矩外,電偶極子還要受到平移作用。電偶極子產生的電場是構成它的正、負點電荷產生的電場之和。
有一類電介質分子的正、負電荷中心不重合,形成電偶極子,稱為有極分子;另一類電介質分子的正、負電荷中心重合,稱為無極分子,但在外電場作用下會相對位移,也形成電偶極子。
電偶極子產生的電場 +q和-q分別在觀察點P(r)產生的電位的代數和即電偶極子產生的電位
式中燁只對P點的坐標變量運算。在P點的電場強度為
外電場中的電偶極子 若電偶極子+q和-q所在點的外電場的電位為V1和V2,則偶極子的位能W=qV1-qV2=q(l·燁)V=p·燁 V=-p·Eo,式中Eo為點偶極子所在的外電場強度。
偶極子在外電場中受到平移力
F=-燁W=燁(p·Eo)=(p·燁)Eo。
如果外電場均勻,Eo為常量,則F=0。
偶極子在外電場作用下受到的力矩T=-?W/?θ=pEosinθ或T=p×Eo,它使電矩p同外電場強度Eo的夾角減小。如果p同Eo平行,則力矩T=0。並可看到p的量值也就是電偶極子在單位外電場(Eo=1)下可能受到的最大力矩,故稱電矩。
如果點偶極子p1處於另一偶極子p2產生的電場E2(r)中,則p1的位能即相互作用能為 。
電偶極子是電介質理論和原子物理學的重要模型,研究從穩恆到 X光頻電磁場作用下電介質的色散和吸收,以及天線的輻射等現象,可以用振蕩偶極子poe來表示。
將偶極子概念加以推廣,可有多極子,它是含有2n個大小相等的點電荷,其中正負各半數,排列成有規律的點陣。在多極子系列中,n=0時,就是點電荷;n=1、就是電偶極子;n=2、稱為四極子;n≥2、統稱為高階多極子。
高階多級子模型應用於核物理,其中最重要的是四極子。任意點電荷集合或任意分佈電荷,如果能夠用一個球面包圍,則球外的電位V可用集中在球心的點多極子系列的合成電位表示,稱為電場的多極子展開。