悬浮偶极子实验装置

A. 偶极子的介绍

偶极子一般指相距很近的符号相反的一对电荷或“磁荷”。譬如，由正负电荷组成的电偶极子，其电场线分布如图。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电场、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定量概念，也便于作模型实验。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。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。

B. 地球拥有一个大磁场，那么飞行器要有多强的磁场才能使其悬浮甚至飞行

我们需要离心力使磁性微粒运动产生向上动能的同时改变飞行器主磁体的物质原子核向上微便而产生的于地球引力相反的内力场能。这样我们就可以抵消引力场能并被地球引力场排斥做飞行了。这是一个外星人告诉我的，他们的UFO就是这样飞行的，说的太简单了，但是谁能听懂啊。

C. 偶极子天线的用途

你好，偶极子天线就是对称振子，最常用的是半波振子
偶极子天线是研究线天线的基础，它有很多特性，比如辐射特性
阻抗特性，波长缩短效应，谐振特性等
是阵列天线的重要组成部分，关键你的问题有点笼统，不知具体想问什么
没关系，我就是这个专业的，有问题可以探讨

D. 偶极辐射是什么

偶极辐射是指垂直于电偶极方向辐射最强，平行方向辐射为零。“偶极辐射”是天文学专有名词，又称“偶极子辐射”。

知识点延伸：

偶极子一般指相距很近的符号相反的一对电荷或“磁荷”。譬如，由正负电荷组成的电偶极子，其电场线分布如图。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电场、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定量概念，也便于作模型实验。

E. 什么是偶极子声源

偶极子声源
来源：《环境学词典》
资料时间：2003年08月第1版
详细内容：由两个相距很近，其间隔远小于波长，强度相等，且相位相反（相角差180°）的单极子源组成的声源，其辐射指向性呈8字形。如铁路列车的车轮是成对的，理论分析和实验测试表明具有偶极子声源的特征。偶极子源没有质量或热量变化（两边抵消），但需要外加振动力，所以是力声源。流体中如有物体与流体相互作用时就产生不稳定的反作用力，如旋转的螺旋桨、流体流过阀门或格子等均为偶极子源。

F. 偶极子的类别

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。
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。 两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统称为电偶极子。电偶极子的特征用电偶极矩p=ql描述，其中l是两点电荷之间的距离，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。在电介质物理学和原子物理学中，电偶极子是很重要的模型。应用有偶极子天线。 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：磁感线是闭合的，电场线是间断的。

G. 有一个科学家让青蛙悬浮的原理是什么

在一个不是铁磁性容器中放有永久（电）磁铁两块并使两个同极面相对，在磁铁的上面放一个和容器同质的可以活动的托盘再在上面放上青蛙即可使青蛙悬浮在半空中。磁场中同极性相斥的原理。用来制造磁悬浮列车等。

H. 求电偶极子连线上任一点的电场强度

设正负电荷相距L，E1=KQ/(r-0.5L)^2，E2=KQ/(r+0.5L)^2，E=E1-E2=2rLQ/{4πεo(r^2-0.25L^2)^2}

利用高斯定理解电场，需要其具有良好的对称性分布。电偶极子的电场只具有极轴对称分布，不能用高斯定理。

1，可以以偶极子的中点为原点建立球坐标系，用库伦定律和叠加原理求电场分布，一般可以求出其极轴 和 中垂线上的电场分布。

2，分别求出每个点电荷的电势分布，进行标量叠加。再对电势求梯度就可以得到电场分布。原则上可以得到任意一点的电场强度。

(8)悬浮偶极子实验装置扩展阅读：

电场强度计算：

电场中某一点的电场强度在数值上等于单位电荷在那一点所受的电场力。试验电荷的电量、体积均应充分小，以便忽略它对电场分布的影响并精确描述各点的电场。

场强是矢量，其方向为正的试验电荷受力的方向，其大小等于单位试验电荷所受的力。场强的单位是伏/米，1伏/米=1牛/库。场强的空间分布可以用电场线形象地图示。

电场强度遵从场强叠加原理，即空间总的场强等于各电场单独存在时场强的矢量和，即场强叠加原理是实验规律，它表明各个电场都在独立地起作用，并不因存在其他电场而有所影响。以上叙述既适用于静电场也适用于有旋电场或由两者构成的普遍电场。电场强度的叠加遵循矢量合成的平行四边形定则。

电场强度的大小，关系到电工设备中各处绝缘材料的承受能力、导电材料中出现的电流密度、端钮上的电压，以及是否产生电晕、闪络现象等问题，是设计中需考虑的重要物理量之一。

I. 岩石磁性的野外和实验室测量

岩矿石磁性参数测定是岩石磁学研究的基础性工作。根据所用测定场地的不同，岩矿石磁性参数测定分为野外现场测定和实验室内测定两大类。在勘探地球物理中，必须通过实验测定的磁性参数是总磁化强度、剩余磁化强度及磁化率。

1.岩石磁性的实验室测定

在实验室内可以测定岩石磁化率、剩余磁化强度、饱和磁化强度、矫顽磁力、居里点和磁化强度的稳定性等参数。根据所依据的测量原理，可以将实验室内的岩石磁性测量方法分为磁法测量和感应法测量两大类。

（1）磁法测量：磁法测量所使用的仪器可以是专用的无定向磁力仪，也可以是用于野外生产的常规磁力仪。其测量原理是根据实际所观测到的磁场值，利用磁偶极子的场强公式计算标本的磁化率。根据标本相对于探头的位置，可以将测量方法分为三种：①高斯第一位置法；②高斯第二位置法；③无定向位置法。

在高斯第一位置法中，探头的轴线与标本的中心线相重合，其位置在标本的正上方或正下方；在高斯第二位置法中，探头的轴线与标本的磁轴相垂直；在无定向位置法中，探头与标本之间在位置上没有对应关系。

根据磁场理论，磁偶极矩为p的磁偶极子在空间中产生的磁场为

岩石物理学基础

设标本的体积为V，则

p=（κH+M_r）V （4-6-2）

利用这两个公式可以根据观测数据计算出标本的磁化率和剩余磁化强度。

（2）感应测量法：磁法直接测量标本产生的磁场。与此相反，感应法测量标本的感应电动势。根据电磁感应理论，当通有电流的线圈中放入了磁性体后，线圈中要产生附加的感应电动势。同理，当岩石标本相对于通电线圈的位置发生变化时，线圈中的感应电动势也要发生变化。在得到了感应电动势的变化以后，可以根据电磁感应理论中的有关公式计算出剩余磁化强度和磁化率。

感应法测量的专用仪器称为旋转磁力仪。

（3）退磁：为了测量剩余磁化强度的大小及方向，需要对岩石标本进行退磁处理，以消除掉现代磁场对标本磁性的影响。同时，退磁处理还可以消除一些其他因素的影响。

退磁处理的理论基础是电磁感应理论和温度对磁性的影响理论。

2.岩石磁性的野外测定

实验室内所测定的标本是处于非自然状态下的岩石样品。因此，在实验室内所得到的岩石磁性参数值与其在自然状态下的参数值会有一定的差别。为了得到岩石在自然状态下的磁性参数，可以采用地面、航空或井中磁测的有关方法技术。在野外观测数据的基础之上，通过利用现代地球物理反演方法，可以计算出地下磁性体的总磁化强度和磁化率。

利用磁化率测井，可以在钻孔中直接测出岩层的磁化率。目前，磁化率测井都是根据电磁感应原理进行的。在磁化率测井仪中，作为探头的灵敏元件一般是一个螺线管或扇形线圈。根据电磁感应原理，自感为L的线圈所储存的磁能为

岩石物理学基础

式中：I为线圈中的电流强度。在线圈外部，空间中任一点处的磁能密度为

岩石物理学基础

对这个公式进行积分，得到

岩石物理学基础

式中积分域V包括线圈内外的全空间。

当探头由不导磁的岩层（μ=1）进入到磁性岩层中时，其自感的改变量为

岩石物理学基础

根据这个公式并假设探头所产生的磁场与磁偶极子的场等效，可以根据测量数据计算出岩层的磁化率。

J. 计算偶极矩中P＝Lq式中的q指偶极子中哪部分的电荷

你好，计算偶极矩中P＝Lq式中的q指偶极子中的电荷方式——
假设距离为l，电量为±q的两个点电荷构成一个电偶极子,用电偶极矩（简称偶极矩）μ＝ql来表征。偶极矩是一个向量，方向规定从负电荷指向正电荷。一组点电荷{qi}的偶极矩由下式计算：,式中ri是从坐标原点到电荷qi的径矢。正负电荷中心不重合的分子称为极性分子,可以抽象地看成一个偶极子,用它的偶极矩来度量其极性的大小。分子偶极矩中原子核电荷的贡献为,qα和rα分别为核a的电荷及其径向量；电子的贡献为，其中ρ(r)是空间r点的电子电荷密度。总偶极矩。偶极矩用库·米作单位。
在外电场存在时分子的电子电荷密度和核几何构型偏离其平衡位置，称为变形极化，由此产生的偶极矩称诱导偶极矩μi，其大小与外加有效电场强度E成正比：，式中比例系数α称为分子的极化率；ε0为真空介电常数。
在外电场存在下,一个偶极子的势能为:V＝-μ·E＝-μE cosθ，式中θ是E和μ之间的夹角。极性分子虽然有永久偶极矩,但由于热运动，偶极矩的取向是紊乱的,在没有外加电场存在时宏观物体中分子的平均偶极矩为零。当加上外电场后，偶极子沿电场强度方向择优取向，根据玻耳兹曼定律可以求得分子由于转向产生的平均偶极矩μt为：,式中k为玻耳兹曼常数，T为热力学温度。于是在外电场存在时分子的总平均偶极矩μa为：，式中μi为诱导偶极矩。若单位体积内有N个分子,则在电场存在下它的表观偶极矩为。P又称为介质的极化强度向量。通常定义摩尔极化率为：式中NA为阿伏伽德罗数。 PM与介质的介电常数ε有直接的关系, ,式中Μ、d分别为介质的分子量和密度。上式称为克劳修斯－莫索提－德拜方程式，它给出一种测定分子的极化率和永久偶极矩的方法：在不同温度下测定介质的介电常数和密度，求出PM与温度的关系，就可以由PM对1/T作图得到的直线的截距和斜率求出α和μ的数值。
实验资料证明：如果给分子的每个化学键和基团指定适当的偶极矩，则分子的偶极矩近似等于它的各个键偶极矩和基团偶极矩的矢量和。例如CH3Cl的偶极矩近似等于三个C—H键偶极矩和一个C—Cl键偶极矩的矢量和，或者一个CH3基团偶极矩和一个C—Cl键偶极矩的矢量和。利用这种方法可以近似计算几何结构已知的分子的偶极矩。反过来，根据测定的偶极矩可以区别分子异构体或推断分子的几何构型。例如二氯乙烯有两个异构体，沸点分别为60.3℃和47.5℃。前者的偶极矩不等于零，而后者等于零，由此可以判断前者为顺式异构体，而后者为反式异构体。
一个偶极子在远离其中心R 处产生的电势为 ，式中γ为μ和r之间的夹角。因此极性分子与其周围分子之间存在偶极相互作用。这种作用影响物质的许多性质，例如使沸点升高。高极性分子组成的液体的介电常数大,是离子型化合物的良好溶剂,因为它一方面通过离子－偶极作用产生溶剂化离子，一方面减弱正负离子间的库仑引力，两者都有助于组成化合物的离子分散到溶剂中去。