電偶極矩

概況

連線+q和-q兩個點電荷的直線稱為電偶極子的軸線，從-q指向+q的矢徑r和電量q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。電偶極矩的物理意義是對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 +q，另一個帶有電荷 -q，則電偶極矩為：p=qr。

其中r是從負電荷指向正電荷的位移矢量。這意味著電矩的矢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。

更一般地，對於任意數目的點電荷的系統，電矩為：

其中每一個ri是一個矢量，從某一個參考點指向電荷qi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n= 2時，與前一個公式是等價的。電矩矢量從負電荷指向正電荷的事實，與一個點的位置矢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。

分子呈電中性，但因空間構型的不同，正負電荷中心可能重合，也可能不重合。前者稱為非極性分子，後者稱為極性分子，分子極性大小用偶極矩μ來度量，電矩定義為：

式中，q為正、負電荷中心所帶的電荷量；d是正、負電荷中心間的距離。偶極矩的SI單位是庫侖·米（C·m）。

若將極性分子置於均勻的外電場中，分子將沿電場方向轉動，同時還會發生電子云對分子骨架的相對移動和分子骨架的變形，稱為極化。極化的程度用摩爾極化度P來度量。P是轉向極化度P_轉向、電子極化度P_電子與原子極化度P_原子之和：P=P_轉向+P_電子+P_原子……

由於P_原子在P中所占的比例很小，所以在不很精確的測量中可以忽略P_原子，則上式可寫成：P=P_轉向+P_電子。只要在低頻電場V或靜電場中測得P；在V的高頻電場（紫外可見光）中，由於極性分子的轉向和分子骨架變形跟不上電場的變化，故P_轉向=0。

P_原子=0，所以測得的是P_電子。這樣可求得P_轉向，再計算μ。

通過測定分子電矩，可以了解分子中電子云的分布和分子對稱性，判斷幾何異構體和分子的立體結構。

所謂溶液法就是將極性待測物溶於非極性溶劑中進行測定，然後外推到無限稀釋。

本實驗是將正丁醇溶於非極性的環己烷中形成稀溶液，然後在低頻電場中測量溶液的介電常數和溶液的密度求得摩爾極化度；在可見光下測定溶液的摩爾折射度，然後計算正丁醇的偶極矩。

實驗裝置如下圖：左邊是精密電容測量儀，中間是電容池，右邊是阿貝折射儀。