電偶極矩
連接+q和–q電荷的直線
連接+和-兩個點電荷的直線稱為電偶極子的軸線,當所考慮的電場內的一點到這兩個點電荷的距離比它們之間的距離大的多時,從-指向+的矢徑l和電量的乘積定義為電偶極子的電矩,也稱電偶極矩。電偶極矩向量從負電荷指向正電荷的事實,與一個點的位置向量是從原點指向該點的事實有關。的值與參考點的選擇無關,只要整個系統的總電荷為零。當整個系統是電中性時,電偶極矩最容易明白,例如一對相反的電荷,或位於均勻電場內的導體。在這種情況下,通常把參考點規定為系統的質量中心,而不是任意一個點。
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連接和兩個點電荷的直線稱為電偶極子的軸線,從指向的矢徑l和電量的乘積定義為電偶極子的電矩,也稱電偶極矩,通常用矢量p表示。即電偶極矩是電荷系統的極性的一種衡量。在兩個點電荷的簡單情形中,一個帶有電荷 ,另一個帶有電荷 ,則電偶極矩為:
其中是從負電荷指向正電荷的位移向量。這意味著電偶極矩的向量從負電荷指向正電荷。注意到電場線的方向是相反的,也就是說,從正電荷開始,在負電荷結束。這裡並沒有矛盾,因為電偶極矩與電荷的位置有關,與電場線無關。
其中每一個是一個向量,從某一個參考點指向電荷的值與參考點的選擇無關,只要整個系統的總電荷為零。這個公式在 時,與前一個公式是等價的。電偶極矩向量從負電荷指向正電荷的事實,與一個點的位置向量是從原點指向該點的事實有關。
當整個系統是電中性時,電偶極矩最容易明白,例如一對相反的電荷,或位於均勻電場內的導體。對於這類系統,電偶極矩的值與參考點的選擇無關。
在討論非電中性的系統,例如質子的電偶極矩時,則與參考點的選擇有關。在這種情況下,通常把參考點規定為系統的質量中心,而不是任意一個點。這個規定保證了電偶極矩是系統的一個固有的性質。