双極子モーメントとは

双極子は、反対に帯電した2つの部分で構成される中立システムです。 たとえば、水分子は全体として中性ですが、その一方の端は正に帯電し、もう一方の端は負に帯電しています。 そのような物体は、電磁力によって他の帯電物体に影響を与える可能性があります。 双極子の双極子モーメントは、この影響の強さを表すベクトル量です。 そのサイズは、各電荷の大きさにシステムの2つの部分間の距離を掛けたものに等しくなります。

双極子が遠方の粒子に及ぼす力の強さは、式F = 2 * pkq / r ³を使用して近似できます。 ここで、 pは双極子モーメント、 kはクーロン定数、 qは遠方粒子の正味電荷のサイズ、 rは双極子の中心と遠方粒子の間の距離です。 この近似は、 rが双極子の2つの成分間の分離よりも大幅に大きい限り、システムの縦軸でほぼ完全です。 この軸から遠く離れた粒子の場合、近似は2倍も力を過大評価します。

アインシュタインの相対性理論は、電気力と磁力を結び付けます。 棒磁石の磁場は、磁石のN極付近とS極付近の磁気電荷の双極子で近似できます。 このような集合体は磁気双極子と呼ばれ、磁場に垂直に移動する遠方の電荷に及ぼす影響は2 *μqs/ r ³として近似できます。ここで、 μは磁気双極子モーメント、 sは速度です。

円形のワイヤを流れる電流は、短い棒磁石と同様の磁場を生成します。 このようなワイヤの磁気双極子モーメントの大きさはI * Aです 。ここで、 Iはワイヤの電流、 Aは空間内でトレースされる領域です。 原子レベルでは、磁気は、多くの場合、湾曲した経路に沿った電子の運動から生じると見なされます。 そのような粒子の磁気双極子モーメントのサイズはq * s /（2r）に等しく、ここでqは電荷のサイズ、 sは粒子の速度、 rは経路の半径です。

離れた荷電粒子に対する双極子の力を定量化することに加えて、双極子モーメントは、外部場が双極子に及ぼす力を決定するのに役立ちます。 たとえば、電子レンジは短命のさまざまな電界を生成します。 これらの電界により、電気双極子である水分子が回転します。 この回転運動は温度を上昇させ、食物を調理します。 外部電界によって双極子に加えられる最大トルクは、単に双極子モーメントと電界強度の積です。