電介質與鐵電體

偶極矩

/ DY-pohl MOH-ment /

設想一隻小小的啞鈴:一端是一小團正電荷,另一端是一小團相等的負電荷,相隔一小段距離。從遠處看,兩者相互抵消,你看不到淨電荷——可湊近了看,它們組成一支偏倒的小箭頭,從負指向正。偶極矩量度的就是這支箭頭有多強。

具體來說,偶極矩既隨被分開的電荷量增大,也隨正負兩端之間的距離增大,方向沿著連接它們的那條線。一個水分子是教科書式的例子:它彎折的形狀讓氧那端略帶負電、氫那端略帶正電,於是它有了一份永久的、內置的偶極矩。把一塊材料裡所有分子的偶極矩按單位體積加起來,得到的就是它的極化。

這之所以重要,是因為偶極矩是一切電介質行為裡最小的積木——它就是那一隻「蹺蹺板」,無數個一齊偏倒,便匯成了極化。一個常見的混淆是以為一個分子得有剩下的淨電荷才會有偶極矩;其實不必。水整體上是完全中性的,卻有很強的偶極矩,僅僅因為它的正電中心和負電中心沒有落在同一處。

水那很強的偶極矩,正是它能把鹽溶解得那麼好的原因:每個彎折的水分子,帶著它帶負電的氧和帶正電的氫,蜂擁到一個落單的離子周圍,把它牢牢纏住。同樣這些偏倒的小箭頭,被外加電場排齊之後,就是水擁有那麼大相對電容率的緣由。

水分子內置的偶極矩,讓它能包圍並溶解離子。

一個分子可以整體完全中性,卻依然有偶極矩——關鍵在於它的正電中心與負電中心相互錯開,而不在於它帶有剩餘電荷。

又稱
electric dipole moment偶极矩