“偶极子”的意思、由来-中文百科全书

词条

偶极子

释义

§ 定义

偶极子

偶极子指相距很近的符号相反的一对电荷或“磁荷”。如由正负电荷组成的电偶极子，其场力线分布如图。地球磁场可以近似地看作磁偶极子场。在物探中，研究偶极子场是很重要的，因为理论计算表明，均匀一次场中球形矿体的激发极化二次场与一个电流偶极子的电流场等效，某些磁异常也可以用磁偶极子场来研究。用等效的偶极子场来代替相应电、磁场的研究，可以简单清楚地得到场的空间分布形态和基本的数量概念，也便于作模型实验。[1]

§ 解释

电极偶子的等值线图。等值曲面清楚地区分于图内。

1、偶极子指的是几何尺寸远小于波长的带电体，一个辐射体可以近似是许多偶极子的组合，根据带电体特性分别用电偶极子或磁偶极子模拟。

2、水分子电子活化作用水分子中氢原子和氧原子的位置是不对称的，因而水分子具有极性，一般称为偶极子。在水分子中有10个(5对)电子，其中一对电子位于分子内部氧核附近，另4对位于分子外部。

3、工程上把一对零极点间的距离比其自身的模值小一个数量级，就把这对靠得很近的闭环零、极点称为偶极子。主导极点:附近没有闭环零点、离虚极最近，对系统状态性能影响最大起主要的决定性控制作用的闭环极点。

4、在电场作用下，非极性分子的正负电荷分别朝相反方向运动，使分子发生极化，被极化的分子称为偶极子。偶极子在电场作用下将重新排列，在这个过程中，偶极子与周围分子(粒子)发生碰撞磨擦而产生大量的热量。

5、偶极子是指流体介质中既孤立又稳定的南北对称分布的气旋性和反气旋性涡旋。

6、食品物料中的极性分子(称为偶极子)在作杂乱无规则的运动，例如水就是极性分子。当处于电场中时，极性分子将重新排列，带正电的一端朝向负极，带负电的一端朝向正极。

7、随机偶极振子的形成及研究随机偶极振子的必要性众所周知，两个相距很近且带等值异号的点电荷的整体，称为“偶极子”。[2]

§ 简介

偶极子在交变电场中的作用

用它的偶极矩描述

在电磁学里，有两种偶极子（dipole）：电偶极子是两个分隔一段距离，电量相等，正负相反的电荷。磁偶极子是一圈封闭循环的电流，例如一个有常定电流运行的线圈，称为载流回路。偶极子的性质可以用它的偶极矩描述。

电偶极矩由负电荷指向正电荷，大小等于正电荷量乘以正负电荷之间的距离。磁偶极矩的方向，根据右手法则，是大拇指从载流回路的平面指出的方向，而其它拇指则指向电流运行方向，磁偶极矩的大小等于电流乘以线圈面积。

是电子的自然性质

除了载流回路以外，电子和许多基本粒子都拥有磁偶极矩。它们都会产生磁场，与一个非常小的载流回路产生的磁场完全相同。但是，现时大多数的科学观点认为这个磁偶极矩是电子的自然性质，而非由载流回路生成。

永久磁铁

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。

产生的机制只有两种

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。[3]

§ 电偶极子

双偶极子天线.两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统。电偶极子的特征用电偶极距P=lq描述，其中 l是两点电荷之间的距离，l和P的方向规定由－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。在电介质理论和原子物理学中，电偶极子是很重要的模型。应用有偶极子天线。

§ 磁偶极子

定义：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：磁力线是闭合的，电力线是间断的。

§ 控制系统中的偶极子

定义：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。[4]

§ 应用

偶极子天线

偶极子天线用来发射和接收固定频率的信号。虽然在平时的测量中都使用宽带天线，但在场地衰减和天线系数的测量中都需要使用偶极子天线。SCHWARZBECK偶极子天线的频率范围由30MHz~4GHz。其中的VHAP和UHAP是一套精确偶极子天线，特别适用于场地衰减和天线系数的测量。同时该天线为日本VCCI等标准机构指定的电波暗室和开阔场场地衰减测量等的唯一专用天线。该天线为众多实验室所采用，作为实验室的天线标准。

奇极子天线

偶极子是相对于奇极子而说的，我们常用的天线基本都是偶极子天线。奇极子天线一般只有电视台、广播电台才会用到，只有一极，其实另一极是大地。[5]

§ 最新应用

铁电晶体

(a) 分子基铁电体从顺电相到铁电相相变

铁电晶体是在居里温度以下电偶极子自发排列形成电畴，并可以随外加电场而使自发极化反向的一种材料。有极轴且无对称中心是铁电体的必要条件，因此，居里温度以下的铁电体必然也具有压电性。铁电材料对电信号表现出高介电常数，对温度改变表现出大的热释电响应，在应力或声波作用下具有强的压电效应和声光效应，在强电场作用下具有显著的电光效应。另外，铁电材料在强光辐照下，电子被激发引起自发极化的变化，从而出现许多新的现象，如光折变效应等。铁电材料具有优良的铁电、介电、热释电及压电等特性，在铁电存储器、红外探测器、声表面波和集成光电器件等固态器件方面有着非常重要的应用。

证实顺电相到铁电相相变

（b）分子基铁电晶体。

在科技部973和863计划、国家自然科学基金、中科院“百人计划”等项目的支持下，福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华研究小组首次提出了基于手性阴离子和阳离子分子马达组装成一类新颖的分子基铁电晶体材料酒石酸双咪唑，其饱和极化强度Ps = 1.72 μC/cm2，相应的矫顽电场值Ec ≈ 1.1 kV/cm。研究人员通过变温单晶衍射、差热分析、变温介电和变温电滞回线等方法，证实了其顺电相到铁电相相变。