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电偶极子

定义

电偶极子是由两个相等大小、异种电荷构成的,相距很近的两个点电荷组成的系统。

设电偶极子的两个电荷分别为 +qq,两电荷之间的距离为 l,则电偶极矩为

p=ql

电偶极矩是一个矢量,其方向由 q 指向 +q

场强分布

r 为点电荷到电偶极子中心的距离,θr 与电偶极矩的夹角,则

  1. 在电偶极子的延长线上
E+=14πε0q(rl2)2E=14πε0q(r+l2)2E=E+E=q4πε02lr(r2l24)2

即有 当 rl 时,有

E=14πε02pr3
  1. 在电偶极子的轴线上
E+=E=14πε0qr2+l24

由对称性分析,两个点电荷在轴线上产生的场强大小相等,方向相反,仅留下了 El 方向的分量,即

E=E+cosθEcosθ=2E+cosθ=214πε0qr2+l24cosθ

由几何关系可得

cosθ=l/2r2+(l/2)2=12lr2+l24

代入上式可得

E=14πε0ql(r2+l24)32

rl 时,有

E=14πε0pr3

其中负号代表电场方向与电偶极矩方向相反。
可以写成矢量式

E=14πε0pr3
  1. 在电偶极子的任意场点处 略,见教材 P23。

电偶极子在外电场中所受的力矩

处于匀强电场中的电偶极子,其两个电荷受到的力相等,方向相反,合力为零,但是它们所受的力矩不为零。电偶极子在外电场中所受的力矩为:

M=p×E

电偶极子在外电场中的电势能

We+=qφ+,We=qφWe=We+We=q(φ+φ)φ+φ=+Edl

由于E是匀强电场

+dl=lWe=qE+dl=pE=pE=pEcosθ

大学物理AII 学习笔记