电偶极子

实际生活多见的电偶极子体系是具有偶极矩的电介质分子。有一类电介质分子的正、负电荷中心不重合，自身形成电偶极子，称为极性分子；另一类电介质分子的正、负电荷中心重合，称为非极性分子，但在外电场作用下，两个电荷中心会相互偏移，所以也形成电偶极子。

电偶极子是电介质理论和原子物理学的重要模型，研究从稳恒到X光频电磁场作用下电介质的色散和吸收，以及天线的辐射等现象，都要用到偶极子（例如振荡偶极子

将偶极子概念加以推广，可有多极子，它是含有

电偶极矩

称相距为

式中矢量

在国际单位制(SI)中，电偶极矩的量纲是

微观物理学中常用的单位为debye，符号为D；

电偶极子产生的电场

中心位于坐标系原点的电偶极子在其远方产生的电势为：

所谓远方是指

此式求梯度，即得位于原点的电偶极子在远方产生的电场强度：

外电场中的电偶极子

电偶极子仅在非均匀外电场中受非零合力。其所受合力为

在外场中电偶极子还会受到力矩，

以上两式中的电场强度都是指去除电偶极子自身场强后剩余的电场。

从第二式可以看出，

偶极子间的相互作用

如果偶极子

交变运动中按特殊方式分布的电荷电流系统产生电磁波辐射。一种典型的装置就是天线，天线是产生电磁波辐射的波源，所以天线辐射问题是电磁波辐射的基本问题。按结构形式的不同，天线可分为线式天线和面式天线两大类。线式天线可以看成由无限多个载有交变电流的基本小线元组成，即由电偶极子或磁偶极子组成。电偶极子是由两个相距一定距离，带等量异号电荷的导体球经由细导线相连而成的系统。

组成物质的分子可分为有极分子和无极分子。有极分子中，正负电荷的“中心”不集中在一点，因此形成一对距离很近的等值异号电荷所构成的等效电偶极子，其固有的电偶极矩为p=ql，电偶极子所产生的电场完全由它们的电偶极矩p决定。电偶极子在外电场中所受到的作用力也决定于它的电偶极矩。无极分子中，正负电荷的“中心”集中在一点，因此，分子的电偶极矩为零，对外也不产生电场。在有外电场的情况下，无论是有极分子或是无极分子，都会产生电极化现象，并存在电偶极矩之间的相互作用力。

对无极分子及惰性气体而言，原子结晶体的结合力为共价键，共价键是决定物质分子化学性质的主要因素。分子晶体的结合力是范德瓦耳斯力，对无极分子来说就是色散力，按照伦敦提出的范德瓦耳斯力的量子理论，无极分子的电子云分布是球形对称的，固有电矩为零。因此，它们之间的相互作用能亦为零。这徉无极分子之间似乎就不存在什么作用，但实际不然，例如室温下漠是液体，碘、蔡是固体，H₂、0₂、N₂等无极分子在低温下也会被液化或固化，这些物质能维持某种聚集状态，说明无极分子之间存在着一种相互作用力，这种力就是色散力。

虽然无极分子电子云是球形对称分布，不显示出固有电矩，这不过表示在原子核外的四周出现电子的概率相等，即在某段时间内,电偶极矩的统计平均值等于零。但由于每个分子中的电子不断运动和原子核的不断振动，经常发生电子云和原子核之间的瞬时相对位移，使分子的正、负电荷“中心”暂时不重合，产生瞬时偶极矩，而且两个瞬时偶极矩必然是采取异极相邻的状态，这些瞬时偶极矩可以相互作用，相互极化而产生吸引力，这种吸引力如果用带电粒子的线谐振子代表瞬时偶极矩,用量子力学可以证明：

1)两振子无相互作用时，即当两个谐振子平衡点(正电荷所处位置)之间的距离

2)两振子有相互作用时，系统的能量为

比较1)、2)式可以看出，两振子相互作用后,能量降低了，降低的数值为：

其中a为极化系数,，h为普朗克常数，v₀为振子的振动频率。两振子才能相互作用，表现出它们之间的吸引力。因为它与v₀有关，故称为色散力。无极性物质分子之间正是由于色散力的作用才能凝聚为液体，凝固为固体。因此，色散力是决定无极性分子物质物理性质的主要因素。

从上面分析中知道，无论在哪种情况下，由于无极分子瞬时偶极矩的产生，它所具有的电势能、排斥能都大于吸引能按照能量最小原理，即原子中每一个电子都有一个趋势，占据能量最低的能级，当原子中电子的能量最小时，整个原子的能量最低，原子即处于稳定状态。因为能量最小原理具有普遍意义，当原子与原子、离子与离子、分子与分子结合时，同样遵循这一原理，所以，分子具有的吸引能(W)的概率大于它所具有的排斥能的概率。正因为无极分子之间具有最小的吸引能，即最小结合能，所以无极分子可以结合成分子晶体。