电偶极子论文
电偶极子的场及辐射

收稿日期:2003-06-14作者简介:吕宽州(1963-),男,河南扶沟人,郑州经济管理干部学院讲师。
文章编号:1004-3918(2003)05-0512-03电偶极子的场及辐射吕宽州1,姜俊2(1.郑州经济管理干部学院,河南郑州450053;2.河南省科学院,河南郑州450002)摘要:采用了镜像法等方法对电偶极子及其产生的静电场、电磁场及辐射等做了较系统和深入的分析、研究,使分析方便、简化,推出的结论有一定实际指导意义。
关键词:电偶极子;电场;磁场;辐射中图分类号:0442文献标识码:A在很多文献上,缺乏对电偶极子及其产生的静电场、电磁场及辐射等较系统和深入的分析、研究。
本文参考有关文献给出或分析、推出了重要结论,部分内容采用了镜像法,使分析更方便。
!电偶极子及其产生的静电场电偶极子由一对正、负点电荷组成,电量为l ,相距为l ,如图1所示。
其电偶极矩p =l l ,l 的方向由~l 指向+l ,在T 处产生的电场的电势为:#(r )=l 4L e 0T +_l4L e 0T _当T !l 时,#(r )=l l cOs 64L e 0T 2=p ·e r 4L e 0T2(1)电场强度为:E =_"@=e r P cOs 62L e 0T 3+e !P si n 64L e 0T3(2)以上结果表明,电偶极子的电势及电场强度的大小分别与距离的平方、三次方成反比,既存在于近区,且与方位角有关,这些特点都与点电荷的电场显著不同。
图2绘出了电偶极子的电力线与等位面。
图1电偶极子F i g .1E lectric d i p O le图2电偶极子的电力线与等位线F i g .2E lectric p Ow er li ne and e C ui p Otential p laneOf e lectric d i p O le第21卷第5期2003年10月河南科学HENAN SC I ENCEV O l.21N O.50ct .2003!电偶极子产生的电磁场及辐射当P =P 0e -j G t 时,为谐振电偶极子,P 0为常矢,则在近区,即l H T 时,主要地一方面将感应如上所述的静电场,另一方面,相当于I =j G C 、长为l 的电流元还将产生一稳恒磁场,其规律可用毕萨定律描述,且电场与磁场的相位相差为90 ,即电场能量与磁场能量相互转换,而平均波印亭矢量为零,故不产生辐射。
电偶极子在铁电材料中的作用 相关实验

电偶极子在铁电材料中的作用一、引言在当今材料科学领域中,铁电材料因其独特的电学性质而备受瞩目。
电偶极子在铁电材料中起着至关重要的作用,不仅对材料的物理性质产生影响,还在许多相关实验中扮演着重要角色。
本文将从电偶极子的基本性质入手,以及其在铁电材料中的作用和相关实验进行深入探讨。
二、电偶极子的基本性质1. 电偶极子的概念电偶极子是指在一个物体内部,其正负电荷中心不重合,从而产生一个电偶极矩的情况。
2. 电偶极子的构成电偶极子通常由正负电荷构成,它们之间的距离和电荷量决定了电偶极矩的大小和方向。
3. 电偶极子的影响电偶极子不仅可以在外电场作用下发生旋转,还可以在物质内部形成偏压,从而影响材料的电学性质。
三、电偶极子在铁电材料中的作用1. 铁电材料的特点铁电材料具有在外电场作用下产生自发极化的特点,这一特性与内部电偶极子密切相关。
2. 电偶极子对铁电材料的影响电偶极子在铁电材料中的自发极化过程中起着决定性作用,它可以导致材料的电介质常数增大、电容量增加等特性的发生。
3. 铁电材料的相变电偶极子在铁电材料中的自发极化还可以引发相变现象,例如铁电-顺电相变和铁电-铁磁相变等。
四、相关实验1. 电偶极子的观测和测量科研人员通过各种手段对铁电材料中的电偶极子进行观测和测量,例如X射线衍射和电子显微镜等技术。
2. 外部电场的作用实验中常常通过施加外部电场的方式来研究电偶极子的行为,以及其对铁电材料性质的影响。
3. 物性测量在实验室条件下,科研人员还可以通过测量铁电材料的电介质常数、电容量等物性参数来揭示电偶极子的行为。
五、总结与展望电偶极子在铁电材料中的作用对材料的电学性质有着至关重要的影响,相关实验也为深入理解电偶极子的行为提供了重要依据。
在未来,科学家们还可以通过更加先进的实验手段和理论模型,深入探索电偶极子的奥秘,进一步拓展铁电材料的应用领域。
六、个人观点电偶极子在铁电材料中的研究是一项非常有挑战性和前景广阔的工作。
电偶极子在电磁场中的作用和应用

电偶极子在电磁场中的作用和应用电偶极子是一对等大等质量的正负电荷,它们之间由一个固定的距离连接。
在电磁学中,电偶极子是一个重要的概念,它在电磁场中扮演着重要的角色。
本文将探讨电偶极子在电磁场中的作用和应用。
首先,电偶极子在电磁场中的作用是产生电场和磁场。
当电偶极子处于电磁场中时,正负电荷之间的距离会发生变化,从而产生电场。
电场的强度与电偶极子的电荷大小和距离有关。
此外,由于电偶极子的正负电荷在空间中产生相对运动,会形成一个环绕电偶极子的磁场。
磁场的强度与电偶极子的电荷大小、距离以及运动速度有关。
其次,电偶极子在电磁场中的应用十分广泛。
一个重要的应用是在天线中。
天线是将电信号转换为无线电波的装置。
其中,电偶极天线是最常见的一种。
电偶极天线由一个电偶极子构成,当电流通过电偶极子时,会产生电磁场,从而辐射出无线电波。
电偶极天线在通信和广播中起着至关重要的作用。
此外,电偶极子在核磁共振成像(MRI)中也有应用。
MRI是一种医学成像技术,通过对人体内部组织的核磁共振信号进行分析,可以获得高分辨率的影像。
在MRI中,强大的磁场会使人体内的核自旋发生共振,产生信号。
这些信号被接收并转换为图像。
在这个过程中,电偶极子的概念被用来描述核自旋的运动。
另一个应用是在电子设备中的电容器。
电容器是一种用来存储电荷的装置。
它由两个导体板之间隔开一定的距离构成。
当电压施加在电容器上时,正负电荷会在导体板上积累,形成电场。
这个过程可以看作是一个电偶极子在电磁场中的作用。
电容器在电子设备中广泛应用,如电脑、手机等。
此外,电偶极子还在光学中有应用。
光学是研究光的传播和光与物质相互作用的学科。
在光学中,电偶极子被用来描述光的偏振。
偏振是指光波中电场矢量的方向。
当光波通过偏振片时,只有与偏振片方向相同的光波能通过,其余的光波被吸收或反射。
偏振片实际上是由许多微小的电偶极子构成的。
总之,电偶极子在电磁场中扮演着重要的角色。
它们产生电场和磁场,并在许多领域中有广泛的应用,如天线、核磁共振成像、电容器和光学等。
电偶极子的三种实用的基本模型

便可求得总辐射场 , 故原题得证 .
28
大 学 物 理 第 21 卷
p = qr0 ( ex + i ey ) e
i kR - iωt
图 6 所示) . 两个带等量反号电荷 ±q 的粒子相向作简 谐振动 , 平衡位置的距离为 d , 振幅均为
l0
( 15) 即得 由式 ( 6) ~ ( 10) 和式 ( 14) 、
tr c
解 如图 4 所示 , l ~λ, 但 l ν R , 即辐射场为远区 的条件仍能满足 . 将天线分为 n 个元段 ( i = 1 , 2 , …,
n ) , 由推迟势公式出发 , 可得
( 13)
μ 0 A = π 4 μ 0 π 4
( l′ ) eiω t
∫
i =1
)e I ( l′
图5 图6
ωμ 0 qr0 i ( kR - ωt + φ ) ( cos θ ) π e e φ- ie θ 4 Rc 2 ωμ 0 qr0 i ( kR - ωt + φ ) ( cos θ E = cB ×en = e θ+ i e φ) πR e 4 4 2 2 ωμ 0 q r0 c 3 ( 1 + cos2θ ) er S= B ・ Ben = 2 2μ π 32 cR 2 0
第 21 卷第 1 期 2002 年 1 月
大 学 物 理 COLL EGE PH YSICS
Vol. 21 No. 1 Jan. 2002
①
教学讨论
电偶极子的三种实用的基本模型
田晓岑
②
( 北京师范大学 物理系 ,北京 100875)
摘要 : 鉴于电偶极辐射的重要性 ,介绍了电偶极振子的三种实用的模型 ,并给出了有启发性的几道例题 . 关键词 : 电偶极辐射 ; 赫兹偶极振子 ; 短天线 中图分类号 :O 442 文献标识码 :A 文章编号 :100020712 ( 2002) 0120026203 电偶极辐射在电磁波的辐射中占有极重要的地 位 ,这是因为 :
关于电偶极子的研究

关于电偶极子的研究作者:邱伟陶金来源:《科技创新导报》2015年第30期摘要:电偶极子是电介质理论和原子物理学的重要模型。
该文研究了电场中的电偶极子的力矩、电势能与电偶极子的电势、感生偶极矩、电场线方程。
最后,用MATLAB软件来反应电偶极子激发的电场在空间上的分布情况。
关键词:电偶极子 ;电场 ;电势 ;MATLAB中图分类号:0441.1 ; ; ; ; 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)10(c)-0253-02在实际生活中电偶极子的应用很广泛。
在以往电偶极子的教学当中,没有详细讨论电偶极子,只是给出电偶极子的电场,没有对电偶极子的力矩、电势能、电势电场线作详细讨论。
在接下来将详细讨论这几个问题。
1 电场中的电偶极子1.1 对电偶极子的力矩电场中的电偶极子受力矩作用而旋转,使电偶极矩的方向转向外电场方向。
电偶极矩简称电矩,是其在单位外电场作用下受到的最大力矩。
一个水分子(见图1),显示3个核与电子存在的区域。
电偶极子从氧端(负的)指向氢端(正的)。
如图2所示在均匀外电场中的偶极子,设偶极子是一个大小各为q而中心相距d的两个异号电荷组成的偶极矩与电场成角。
由于电场均匀,电场对偶极子的合力为零,所以偶极子的质心不移动。
然而,在带电末端上力在偶极子上产生一个绕其质心的合力矩。
质心位于连接两个带电末端的线上,离一个末端的距离为,而另一个末端的距离为,根据,所以合力矩(1)利用电场的大小和偶极矩的大小写出的大小,所以上式中用代替并用代替,求得的大小为:,我们还可以写成矢量形式:(对偶极子的力矩)(2),所得结果与文献[1]相同。
1.2 电偶极子的电势能电偶极子的势能与其在电场中的取向有关。
当电偶极子处于平衡取向具有最小的势能,而平衡取向是其偶极矩沿电场方向的取向。
在所有其他取向的情况下它具有较大的势能。
如图3所示,角为90°时势能为零,根据计算当电偶极子从90°转到其他任意时,作用在电偶极子上的电场所做的功,可求出电偶极子在该值时的势能。
低RCS宽带磁电偶极子贴片天线设计

低RCS宽带磁电偶极子贴片天线设计张晨;曹祥玉;高军;李思佳;黄河【摘要】该文设计了一种低雷达散射截面(RCS)的宽带磁电偶极子贴片天线,其中印刷在介质板上的金属贴片为电偶极子,3个金属过孔连接辐射贴片与金属地板构成磁偶极子。
整个天线采用“T”型渐变馈电结构同时激励电偶极子与磁偶极子,天线的频带范围为7.81~13.65 GHz,覆盖了整个X波段。
实测和仿真结果表明,通过在磁电偶极子贴片天线底面采用开槽技术并优化开槽的形状、大小、位置等变量,在天线工作频带范围内实现了RCS的减缩,最大缩减量达到了17.9 dB,同时天线保持了增益稳定不变,E面、H面方向图一致的特性。
%A low Radar Cross Section (RCS) and broadband Magneto-Electric (ME) dipole patch antenna from 7.81 GHz to 13.65 GHz covering the whole X band is designed and fabricated. Metal patches printed on the substrate form the electric dipoles, three metallic vias connected to the radiation patches and the metal ground account for the magnetic dipole radiation. The whole antenna is connected with a T-shaped feed structure which excites electric and magnetic dipoles simultaneously. Numericaland experimental results incident that the RCS of the ME dipole patch antenna can be reduced inthe whole bandwidth which the largest value is up to 17.9 dB by cutting slots on the ground and optimizing the size, shape, position of the slots. Also, the antenna shows advanced performances such as stable gain and almost consistent pattern in E and H plane.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2016(038)004【总页数】5页(P1012-1016)【关键词】磁电偶极子天线;宽频带;开槽技术;低RCS;一致性【作者】张晨;曹祥玉;高军;李思佳;黄河【作者单位】空军工程大学信息与导航学院西安 710077;空军工程大学信息与导航学院西安 710077;空军工程大学信息与导航学院西安 710077;空军工程大学信息与导航学院西安 710077;西安通信学院西安 710106【正文语种】中文【中图分类】TN821 引言微带贴片天线以其低剖面、易共形等优点在战场通信、监视及其它作战平台上得到了广泛应用,但由于带宽窄,不能用于宽频天线系统,且E面、H面方向图差异较大,不易于组成天线阵[1,2]。
电偶极子的电场讨论

电偶极子的电场讨论姓名:乔霞芳(09物理教育专业 准考证号:412410100009 )【摘要】:电偶极子是继点电荷之后最简单而且重要的带电系统。
凡是有电荷的地方,四周就存在着电场,即任何电荷都在自己周围的空间激发电场。
这里将从点电荷到电偶极子,通过对其中垂面和延长线上的电场强度、及其空间任意一点电场分布的求解,讨论电偶极子的静态电场。
【关键词】:电场 电场强度 电偶极子 电势 电视梯度一、电场为了能够形象的描述电场,正确、定量的讨论电场,先对电场进行适量了解。
就它有什么样的性质,用什么定量的描述它,又用什么来给人以形象的概念进行讨论。
1.电场强度电场的一个重要性质是它对电荷施加作用力,我们就以这个性质来定量地描述电场。
我们知道,电场本身的性质由电场强度来反映,即E =F/q 。
它是一个矢量,现在以点电荷所产生的电场中各点的电场强度来说明其方向和大小是如何确定的。
如图1-1所示,O 点有一点电荷q ,我们任取一场点P ,记OP=r 。
设想把一个正试探电荷q 0 放在P 点,根据库伦定律,它受的力为:F=kqq 0r 1/r 2(r 1是沿OP 方向的单位向量),又由电场强度的定义式可得P 的场强为E =F/q 0=kq r 1/r 2,这表明若q>0,E 沿r 1方向;若q<0,E 沿-r 方向。
E 与r 2成反比,当r →无穷大时,E →0。
电场力是矢量,它服从矢量叠加原理。
那么,电场强度矢量是不是也服从呢?如果以F 1、F 2、…、F k 分别表示点电荷q 1、q 2、…、q k 单独存在时电场施予空间同一点上试探电荷q 0的力,则它们同时存在时,电场施予该点试探电荷的力为F 1、F 2、…、F k 的矢量和,即图1-1F=F1+F2+…+F k将此式除以q,得到E=E1+E2+…+Ek式中E1=F1/q0,E2=F2/q0,…,E k=F k/q0分别表示q1,q2,…,q k单独存在时在空间同一点的场强,而E=F/q代表它们同时存在时该点的总场强。
电偶极子在铁电材料中的作用 研究背景

电偶极子在铁电材料中的作用研究背景电偶极子在铁电材料中的作用1. 研究背景铁电材料是一类具有铁电性质的材料,其在应用中具有重要的意义。
然而,铁电材料中的电偶极子对其性能和行为的影响一直是一个备受关注的研究课题。
2. 电偶极子的概念和特性电偶极子是指在外电场作用下产生正负电荷分离的情况。
在铁电材料中,电偶极子的形成是由于晶格畸变引起正负离子的不对称性,导致正负电荷之间发生相对位移。
这种相对位移形成了一个瞬时的电偶极矩,使得材料具有了铁电性质。
3. 电偶极子在铁电材料中的作用在铁电材料中,电偶极子的存在对其性能和行为产生了重要影响。
电偶极子的形成使得铁电材料具有了极化性质,可以在外电场的作用下产生极化。
这种极化可以用来制造电子器件和存储介质、传感器等。
电偶极子还会影响材料的介电性质和热响应性能,使得铁电材料在电介质、传感器和压电器件等领域具有了广泛的应用前景。
4. 电偶极子的研究现状目前,关于电偶极子在铁电材料中的作用已经有了大量的研究成果。
研究人员通过理论模拟和实验手段,探讨了电偶极子在铁电材料中的动力学行为、极化反转、电场诱导现象等。
这些研究为我们深入理解电偶极子在铁电材料中的作用提供了重要的理论和实验基础。
5. 个人观点与展望从个人角度来看,我认为电偶极子在铁电材料中的作用是一个非常有意义的研究领域。
通过深入研究电偶极子的形成机制、行为特性及其与材料性能的关系,将有助于我们更好地理解铁电材料的本质和应用潜力。
未来,随着理论模拟和实验技术的不断发展,我们可以更加全面、深刻和灵活地理解电偶极子在铁电材料中的作用,从而为铁电材料的设计、制备和应用提供更多可能性。
6. 结语在本文中,我们对电偶极子在铁电材料中的作用进行了综合介绍,并探讨了其研究的背景、概念和特性,以及目前的研究现状和个人观点。
通过对电偶极子的深入理解,相信我们可以更好地开发铁电材料的潜力,推动该领域的发展与进步。
铁电材料是一种具有铁电性质的材料,其在电子器件、传感器和储存介质等领域具有广泛的应用前景。
电磁学中的电偶极子特性研究

电磁学中的电偶极子特性研究电磁学作为物理学的一部分,研究了电荷、电流与电磁场的相互作用。
在电磁学的研究中,电偶极子是一个重要的概念。
本文将探讨电磁学中的电偶极子特性以及相关研究。
电偶极子是指两个等量异号电荷之间的距离与电荷量之积。
在电偶极子中,电荷量之差形成一个电荷分布,并且在电偶极子的中点处有一个矢量指向两个电荷,该矢量被称为电偶极矩。
电偶极矩可以用数学来表示,并用于描述电偶极子特性。
电偶极子具有许多重要的特性和应用。
首先,电偶极子在电磁场中受到力矩的作用,这是由于电荷分布不均匀时在电磁场中所产生的效应。
这个力矩可以用来解释许多电磁现象,例如磁场对电流环的作用力。
其次,电偶极子还可以产生辐射场。
当电偶极子在变化的电场中,它会产生电磁辐射,这被称为电偶极辐射。
这种辐射是由电磁波组成的,因此电偶极子可以被用来传输信息,例如在天线中使用。
研究电偶极子的特性可以帮助我们更好地理解电磁场和电磁现象的本质。
例如,在电偶极子的研究中,我们可以研究电偶极辐射的性质和行为。
这有助于解释无线电波的传播和接收,从而为我们的通信技术提供理论支持。
电偶极子的研究还可以应用于生物医学领域。
在医学成像中,如MRI和PET技术中,电磁辐射是非常重要的。
理解电偶极子的行为和特性可以帮助我们更好地设计和优化医学成像设备,从而提高诊断准确性和治疗效果。
此外,电偶极子也在材料科学和纳米技术中有着重要应用。
利用电偶极子的特性,我们可以设计制造纳米材料和纳米器件,这些材料和器件在能源、光电子学和生物传感等领域具有广泛的应用前景。
在电磁学中,电偶极子的特性研究是一个广泛且多样的领域。
通过研究电偶极子特性,我们可以更好地理解电磁场和电磁现象的基本规律,并且可以应用于通信技术、生物医学和纳米技术等领域。
电偶极子研究的深入发展将为我们揭示更多未知的现象和拓展新的应用领域。
这使得电偶极子的研究更加有趣和有挑战性,为我们提供了不断探索的机会。
因此,电偶极子的研究具有重要的科学意义和应用价值。
关于电偶极子的物理学研究

关于电偶极子的物理学研究电偶极子是电荷分布对称但不平衡的系统,其研究在电磁学中占有重要地位。
本文将从电偶极子的定义、性质以及应用等方面展开讨论,探究电偶极子在物理学中的实际应用和研究意义。
首先,我们来了解一下电偶极子的定义。
电偶极子是由两个电荷相等、相反而又相距极近的点电荷组成的系统。
这两个电荷被称为正负电荷,并且它们的电荷量相等,但正负号相反。
电偶极子在外部电场作用下产生电偶极矩,称为电偶极矩是电偶极子的重要物理特征。
接下来,我们来探讨电偶极子的性质。
首先,电偶极矩与电荷量的乘积成正比,与两个电荷之间的距离成反比。
这意味着当电偶极子的电荷量越大,电荷距离越远,电偶极矩也会相应增大。
此外,电偶极子的电偶极矩方向由负电荷指向了正电荷。
电偶极矩是一个有向矢量,其大小等于两个电荷之间的距离与电荷量乘积的乘积。
电偶极子在物理学中广泛应用于各个领域。
在分子结构研究中,电偶极子可以解释分子之间的相互作用。
例如,在结晶体中,由于电偶极子的作用,可以导致分子的有序排列。
此外,在核磁共振技术中,电偶极子的存在可以帮助确定分子的结构和性质。
在材料科学中,电偶极子的研究也是极其重要的。
通过改变材料中的偶极矩,可以实现一些特定的功能,例如磁性材料、强度改变等。
因此,电偶极子的研究在材料科学中具有很高的实际应用价值。
此外,电偶极子还在天文学中发挥了重要作用。
在宇宙空间中,电偶极子使得远离地球的物体受到地球的引力力矩作用。
例如,地球对月球的引力使其保持常量的各向同性电偶极矩。
这种电偶极矩导致了地球对月球的潮汐力,影响了地球和月球的运动。
除了上述实际应用外,电偶极子的研究还在理论物理学中有很大的意义。
在电磁学中,电偶极子可以看作是最简单的辐射源之一,通过电偶极辐射理论,我们可以研究电磁波的传播、辐射和电磁感应等现象。
此外,电偶极子还与电场和磁场之间的相互作用密切相关,通过电偶极子的研究,我们能更好地理解电场和磁场的性质,并可以应用于电动力学、量子力学和场论等领域。
浅海中时谐水平电偶极子在空气中的极低频磁场

浅海中时谐水平电偶极子在空气中的极低频磁场*孙玉绘1,2,林春生1,吴海兵2,翟国君3,4(1.海军工程大学兵器工程系,湖北 武汉 430031;2.陆军军官学院,安徽 合肥 230031; 3. 海军工程大学导航工程系,湖北 武汉 430031;4.海军海洋测绘研究所,天津,300061)摘要:船舶的极低频磁场能够作为航空磁探的信号源。
为深入分析空气中的极低频磁场,用时谐水平电偶极子等效船舶被主轴调制的水下腐蚀相关电流。
根据Maxwell 方程组和电磁场边界条件建立浅海条件下电偶极子在空气中的矢量磁位模型,进一步推导了磁场表达式,并利用快速汉克尔变换计算磁场的传播规律。
测量了水池碳棒电极和海上钛基电极的磁场,验证了磁场的实用性和模型的有效性。
关键字:极低频磁场;时谐水平电偶极子;矢量磁位;航空磁探中图分类号:TM154 文献标识码:A 文章编号:The ELF Magnetic Fields in Air Produced by aTime-Harmonic HED in Shallow SeaSUN Yuhui 1,2 LIN Chunsheng 1 WU Haibing 2 ZHAI Guojun 3,4(1. Department of Weapon Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China;2. Army Officer Academy, Hefei 230031, China;3. Department of Navigation Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China;4. Naval Institute of Hydrographic Surveying and Charting Tianjin 300061, China)Abstract: Extremely low frequency (ELF) magnetic field of ships can be used in aerial magnetic detection. In order to analysis the ELF magnetic field of ships, the corrosion related current modulated by the ship shaft was equivalent to a time-harmonic horizontal electric dipole (HED). Based on Maxwell's equations and boundary conditions of electromagnetic field the magnetic vector potential in air was modeled, and then the magnetic field expressions of the HED were deduced. The propagation character of the magnetic field was calculated by fast Hankel transform. The magnetic field of carbon electrodes in the pool and Ti-based electrodes at sea were measured, which shows the practicalities of the magnetic field and the validities of the model.Keywords: ELF magnetic field; time-harmonic HED; magnetic vector potential; aerial magnetic detection*收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目(41374018, 41476087);国家重大科研装备研制项目(ZDYZ2012-1) 作者简介:孙玉绘(1983-),男,江苏建湖人,博士研究生,E-mail :sunyh389@林春生(通信作者),男,教授,博士,博士生导师,E-mail :lcs_and_zh@海洋环境中,船舶极低频电磁场是因船舶主轴转动而调制腐蚀相关电流产生的一种电磁场,其基频为螺旋桨转动频率,一般为1~7Hz [1]。
浅海条件下垂直时谐电偶极子在空气中的磁场

收稿日期: 2017 – 08 – 28 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (41374018, 41476087);国家重大科研装备研制项目 (ZDYZ2012-1) 作者简介: 孙玉绘 (1983 – ),男,博士研究生,主要从事目标磁场测量及信号处理。
Academy, Hefei 230031, China; 3. Department of Navigation Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 4. Naval Institute of Hydrographic Surveying and Charting, Tianjin 300061, China)
第 41 卷 第 3 期 2019 年 3 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 41, No. 3 Mar. , 2019
浅海条件下垂直时谐电偶极子在空气中的磁场
孙玉绘1,2,林春生1,吴海兵2,翟国君3,4 (1. 海军工程大学 兵器工程系,湖北 武汉 430031;2. 陆军军官学院,安徽 合肥 230031; 3. 海军工程大学 导航工程系,湖北 武汉 430031;4. 海军海洋测绘研究所,天津 300061)
国外对轴频电场研究较早,各军事强国在 20 世纪
60 年代起就对船舶轴频电磁场开展了相关理论和应用 研究。Zolotarevskii Y 等研究了船舶轴频电磁场的产生 机理并介绍了俄罗斯的电磁场测量设备[2]。Bostick F 等 对运动商船的极低频电磁场进行了建模、测量和分析[3]。 Hoitham P 等对船舶的电磁场的静态场和交变场进行分 析,并提出了减弱船舶交变电场的方法[4]。国内对轴 频电磁场研究较晚,且大多集中在船舶轴频电场理论 研究方面。卢新城等对船舶的轴频电场进行了水池实 验测量和分析,并建立了电偶极子在海水中电磁场的 模型,得到了解析解[5 – 6]。毛伟等分别对深海和浅海条 件下运动的水平和垂直的电偶极子的电磁场进行建模 和计算[7 – 8]。贾一卓等对船舶轴频电场的测量和信号处
静电场中电偶极子电势与电场的计算

静电场中电偶极子电势与电场的计算作者:王旭梅黎姝张璐来源:《速读·中旬》2015年第11期摘要:关于静电场中电偶极子的电场和电势的分布,一般教科书上只给出某个特殊方向上的电场表达式,这是由于任意场点的电场求解比较麻烦,该论文给出比较简单的三种解法,以便掌握电偶极子的电场分布特点。
关键词:电偶极子;电场强度;电势;叠加原理;等效原理关于静电场中电偶极子的电场和电势的分布,在许多电磁学教材中均详细的讲述过,但是这些仅限于特殊方向上的场强和电势的计算,本文意在任意方向上进行拓展。
电偶极子是一个重要的物理模型,在实际问题中,当两个点电荷之间的距离比所考虑的场点到二者的距离小得多时,这一对点电荷就可以视为电偶极子。
在研究电解质极化时,采用“重心模型”描述后,电解质分子可以等效为偶极子;在电磁波的吸收和发射以及中性分子相互作用的理论基础上,电偶极子的模型也是一个很重要的模型,因此研究电偶极子的电场和电势问题有重要的意义。
1由电场叠加原理直接求解图(1)电场叠加原理求解以电偶极子连线的中心为原点,以其连线为轴建立极坐标系,如上图(1)所示,对任意一场点P的电场其中,分别为点电荷-q,+q在P点产生的电场强度并且有所以可以得到其中[r-]与 [r+]分别为点电荷-q,q到P点的位矢,在直角坐标系中有:([i], [j]表示直角坐标的两个基矢, [r],[θ] 表示极坐标的两个基矢)因为所以同理可得:因为电偶极子r>> l.所以可以得到式子,代入式子可得到其中讨论:(1)当[θ] =0时,即场点在x轴上,所以,而[Eθ]=0,由此可得此情况下的(2)当[θ] =[π2]时,即场点在y轴上,所以[Er]=0,而由此可得此情况下的2由电势的分布求电偶极子的电场分布根据点电荷电势公式和电势的叠加原理,如图(1),则有P点的电势为因为所以利用电场强度与电势的关系,选用球坐标系有此结果与前面的一致。
3由等效原理求电偶极子的电场分布电偶极子的电偶极矩,它在一级近似下可以等效为两个垂直的电偶极子的矢量和,即如下图(2),其中,那么场点P的电场可以看成与分别单独在P点产生的电场强度之和,即这里的E1和E2均为熟悉的两个特殊方向的电偶极子产生的电场,它们分别为:所以此结果也与前面一致。
吴云周论文-电八极子的理论研究

毕业论文题目:电八极子的理论研究学号:************名:***教学院:理学院专业班级:2010级物理学(2)班指导教师:吉永林(讲师)完成时间:2014 年4 月30 日毕节学院教务处制毕节学院毕业论文任务书注:本表一式四份,两份用于装订完整文本,两份装入学生资料袋。
毕节学院毕业论文学生诚信声明书本人郑重声明:本人所提交的毕业论文《电八极子的理论研究》是本人在指导教师吉永林老师指导下独立研究、写作的成果,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果,论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果,均在论文中加以说明;对本文研究做出过重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
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论文作者:(签字)时间:年月日指导教师:(签字)时间:年月日目录摘要: (i)Abstract: .................................................................................................................. i i 引言.. (1)1.电八极矩的来源 (1)1.1 无限小区域电荷分布的电势的麦克劳林展开 (1)1.2电势的多极展开式中各项的物理意义 (5)2.电八极矩的定义及其特点 (7)2.1电八极矩的第一种定义 (7)2.2电八极矩的第二种定义 (8)2.3电八极矩的特点 (9)3.电八极矩的应用 (10)3.1求真空中小区域电荷分布体系所产生的电场 (10)4.结论 (15)参考文献 (17)致谢 (18)毕节学院本科毕业论文电八极子的理论研究作者:吴云周专业班级:2010级物理学(2)班学号:***********指导教师:吉永林摘要:大多数文献中,关于对电多极矩展开的讨论中,只考虑到电四极子,而对电八极子的讨论很少。
环形偶极子和电偶极子_概述说明以及解释

环形偶极子和电偶极子概述说明以及解释1. 引言1.1 概述环形偶极子和电偶极子都是电磁学领域中重要的概念。
它们在多个应用领域具有广泛的用途,如射频通信、天线设计、医学成像等。
本文将对环形偶极子和电偶极子进行概述说明,并比较分析它们之间的差异和特点。
1.2 文章结构本文共分为五个部分,每一部分都对环形偶极子和电偶极子进行详细阐述与解释。
首先,在引言部分我们将简要介绍这两个概念,并明确文章的目的和结构。
其次,我们会单独对环形偶极子进行讨论,包括其定义与特点、工作原理以及应用领域。
然后,我们会转向电偶极子,详细解释其定义、构成以及性质,并探究其应用场景。
在第四部分中,我们将对环形偶极子和电偶极子进行比较分析,主要关注它们在结构、工作原理和性能方面的差异与评估。
最后,在结论部分总结本文的研究成果,并展望环形偶极子和电偶极子的发展前景,同时强调文章的要点并进行完结陈述。
1.3 目的本文旨在深入探讨环形偶极子和电偶极子这两个重要概念,并将它们的定义、特点以及工作原理进行说明。
通过对应用领域的探索,我们可以更好地理解环形偶极子和电偶极子在实际中的意义,并为其进一步发展提供思路与展望。
此外,通过比较分析二者之间的差异,我们还可以评估它们各自的优势与不足,从而为相关领域的研究提供参考依据。
2. 环形偶极子:2.1 定义与特点:环形偶极子是一种电磁装置,由一个闭合的环形导体构成。
它具有以下特点:- 构成:环形偶极子由一个圆环状的导体构成,通常用导线或金属制成。
- 形态:环形偶极子呈闭合回路,没有明显的起始点和终止点。
- 尺寸:环形偶极子的尺寸可以根据需求进行调整,可以是小型的微型尺寸,也可以是大型的宏观尺寸。
2.2 工作原理:当通电流通过环形导体时,会在其周围产生一个磁场。
这个磁场具有方向性,并且随着电流变化而变化。
在环形导体内部,则会产生一个感应电动势和电场。
该感应电动势和电场的强度以及分布会随着输入的电流大小、频率和输入端结构等因素改变。
水平低频谐变电偶极子源在地下介质中的电磁响应特征

[收稿日期]20220923[基金项目]国家自然科学基金项目 储层压裂监测中可控源倾子电磁法应用基础研究(41904077) , 基于井地激电电磁法的储层流体识别方法研究 (42274103);中国石油化工股份有限公司科技部项目 全域电磁法储层含油气性检测技术及应用 (P 22163)㊂ [第一作者]谢兴兵(1978),男,博士,副教授,现主要从事电法勘探方法㊁数据处理及正反演方面的教学和研究工作,500052@y a n g t z e u .e d u .c n ㊂ [通信作者]徐剑明(1985),男,硕士,高级工程师,现主要从事气藏开发综合研究工作,332502188@q q.c o m ㊂谢兴兵,徐剑明,周磊,等.水平低频谐变电偶极子源在地下介质中的电磁响应特征[J ].长江大学学报(自然科学版),2023,20(6):77-83.X I EXB ,X UJM ,Z HO U L ,e t a l .E l e c t r o m a g n e t i c r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f h o r i z o n t a l l o w -f r e q u e n c y h a r m o n i c e l e c t r i c d i po l e s o u r c e s i n u n d e r g r o u n dm e d i a [J ].A n a l y t i c s o l u t i o no f t h e r e s p o n s e i nt h ee a r t hb y ah o r i z o n t a lh a r m o n i ce l e c t r i cd i p o l e J o u r n a l o fY a n g t z eU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ),2023,20(6):77-83.水平低频谐变电偶极子源在地下介质中的电磁响应特征谢兴兵1,徐剑明2,周磊1,李弘31.油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学),湖北武汉4301002.中国石油化工股份有限公司中原油田普光分公司,四川达州6350003.中石化石油物探技术研究院有限公司,江苏南京211103[摘要]研究水平低频谐变电偶极子在地下介质中产生的电磁场响应特征,不仅可以直观地揭示电磁波在地下介质中的传播和响应分布规律,且在地球物理勘探及地下无线电通讯等领域具有重要的实用价值㊂从谢昆诺夫势函数出发,利用索墨菲尔德积分及福克积分公式,经过严格的数学推导得到准静态条件下水平低频谐变电偶极子源在地下介质中产生的电磁场的解析表达式㊂通过与S c r i p p s 海洋研究所K e r r y K e y 的数值解计算结果对比,发现无论是电场分量还是磁感应强度分量在整个频段符合度都较高,表明本文解析解推导的水平低频谐变电偶极子源在地下介质中产生的电磁场响应解析表达式的正确性;且解析解的计算速度更快,提高了可控源电磁法三维正演模拟中一次场计算的精度和速度,为可控源电磁法三维正演技术提供了基础支撑㊂[关键词]水平低频谐变电偶极子;均匀半空间;解析解[中图分类号]T E 132.14;P 631.325[文献标志码]A [文章编号]16731409(2023)06007707E l e c t r o m a g n e t i c r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f h o r i z o n t a l l o w -f r e q u e n c y h a r m o n i c e l e c t r i c d i p o l e s o u r c e s i nu n d e r gr o u n dm e d i a X I EX i n g b i n g 1,X UJ i a n m i n g 2,Z HO U L e i 1,L IH o n g31.K e y L a b o r a t o r y o fE x p l o r a t i o n T e c h n o l o g i e s f o rO i l a n dG a sR e s o u r c e s ,M i n i s t r y o fE d u c a t i o n (Y a n g t z e U n i v e r s i t y ),W u h a n 430100,H u b e i2.P u g u a n g B r a n c h ,Z h o n g yu a nO i l f i e l d ,S I N O P E C ,D a z h o u635000,S i c h u a n 3.G e o p h y s i c a lR e s e a r c h I n s t i t u t eC o .,L t d .,S I N O P E C ,N a n j i n g 211103,J i a n gs u A b s t r a c t :T h e s t u d y o f t h ee l e c t r o m a g n e t i c f i e l dr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c s g e n e r a t e db y h o r i z o n t a l l o w -f r e q u e n c y ha r m o n i c e l e c t r i c d i p o l e s i nt h eu n d e r g r o u n d m e d i u mc a nn o to n l y i n t u i t i v e l y r e v e a l t h e p r o p a g a t i o nr u l e sa n dd i s t r ib u t i o no f e l ec t r o m a g n e t i cw a v e s i n t h eu nde r g r o u n dm e d i u m ,b u t a l s oh a s i m p o r t a n t p r a c t i c a l v a l u e i n t h ef i e l d s o fg e o ph y si c a l e x p l o r a t i o na n du n d e r g r o u n d r a d i o c o m m u n i c a t i o n .S t a r t i n g f r o mt h e S h e k u n o v p o t e n t i a l f u n c t i o n a n du s i n gt h e S o m m e r f e l d i n t e g r a l a n d t h e F o c k i n t e g r a l f o r m u l a ,t h e a n a l y t i c a l e x p r e s s i o n o f t h e e l e c t r o m a g n e t i c f i e l d g e n e r a t e d b yt h e h o r i z o n t a l l o w -f r e q u e n c y h a r m o n i c e l e c t r i c d i p o l e s o u r c e i n t h eu n d e r g r o u n dm e d i au n d e r q u a s i -s t a t i c c o n d i t i o n sw a s o b t a i n e d i n t h i s p a p e r a f t e r r i g o r o u sm a t h e m a t i c a l d e r i v a t i o n .B y c o m p a r i n g w i t ht h en u m e r i c a l c a l c u l a t i o nr e s u l t so fK e r r y K e yf r o m S c r i p p sO c e a n og r a phi c I n s t i t u t e ,b o t ht h ee l e c t r i c f i e l dc o m p o n e n t a n dt h em a g n e t i c i n d u c t i o n i n t e n s i t y c o m p o n e n t m a t c hw e l l i n t h e e n t i r e f r e q u e n c y b a n d ,w h i c h i n d i c a t e s t h e c o r r e c t n e s s o f t h e a n a l y t i c a l e x p r e s s i o n o f t h e e l e c t r o m a gn e t i c f i e l d r e s p o n s e g e n e r a t e db y t h eh o r i z o n t a l l o w -f r e q u e n c y h a r m o n i ce l e c t r i cd i p o l es o u r c e i nt h eu n d e r gr o u n d m e d i a d e r i v e db y t h i s p a p e r .M o r e o v e r ,t h e c o m p u t a t i o n a l s p e e do f t h e a n a l y t i c a l s o l u t i o n i s f a s t e r ,w h i c hw i l l i m pr o v e t h e a c c u r a c y a n d s p e e d o f p r i m a r y f i e l d c a l c u l a t i o n i n 3D f o r w a r d s i m u l a t i o n o f c o n t r o l l e d s o u r c e e l e c t r o m a gn e t i cm e t h o d ,a n d p r o v i d eb a s i c s u p p o r t f o r 3Df o r w a r d t e c h n o l o g y o f c o n t r o l l e d s o u r c e e l e c t r o m a gn e t i cm e t h o d .K e yw o r d s :ah o r i z o n t a l l o w -f r e q u e n c y h a r m o n i c e l e c t r i c d i p o l e ;u n i f o r mh a l f s p a c e ;t h e a n a l y t i c s o l u t i o n ㊃77㊃长江大学学报(自然科学版) 2023年第20卷第6期J o u r n a l o fY a n g t z eU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ) 2023,V o l .20N o .6水平低频谐变电偶极子在地下介质中激发产生的电磁波传播和响应分布规律的研究,对地球物理勘探和地下无线电通讯等领域具有重要的实用价值㊂对地球物理勘探领域而言,随着数值模拟技术以及计算机硬件的快速发展,可控源电磁法的三维正演模拟已基本实现[1-2]㊂但其计算速度大大限制了可控源电磁法的三维正反演实用化步伐[3-6]㊂主要是由于在可控源电磁法三维正演模拟时的一次场计算常采用数值滤波算法[7-9],需要占用计算机大量的计算时间㊂为了加快可控源电磁法三维正反演技术实用的步伐,提高可控源电磁法三维正演模拟的一次场的计算精度和速度势在必行,因此推导水平低频谐变电偶极子源在地下介质中响应的解析表达式具有重要的现实意义㊂为此,本文从谢昆诺夫势函数出发,应用边界连续性条件,利用索墨菲尔德积分以及福克积分公式,经过严格数学推导得到了准静态近似条件下水平低频谐变电偶极子源在地下介质中产生的电场和磁场分量的解析表达式,不仅可以深入揭示电磁波在地下介质中传播和响应的分布规律,而且也可将其应用在可控源电磁法三维正演模拟的一次场计算,将加快可控源电磁法三维正反演技术的实用化㊂1 地下电磁场的解析求解假设水平电偶极子沿X 方向位于均匀各向同性大地介质的表面,从麦克斯韦方程组出发可得到波数为k 0的上半空间的T M 势函数A 0(x ,y ,z )和T E 势函数F 0(x ,y ,z )[10-14]: A 0(x ,y ,z )=-I d l8π2∬ɕ[e -u 0z +r T M 0e u 0z ]i k x k 2x +k 2ye i (k x x +k y y )d k x d k y (1) F 0(x ,y ,z )=-^z 0I d l 8π2∬ɕ[e -u 0z +r T E 0e u 0z ]i k y u 0(k 2x +k 2y )e i (k x x +k y y )d k x d k y (2)式中:I 为电流强度,A ;d l 为电偶极子长度,m ;^z 0为上半空间阻抗率,^z 0=i ωμ0,ω为角频率,1;μ0为上半空间磁导率,μ0=4πˑ10-7,H /m ;r T M 0㊁r T E 0为上半空间的反射系数;k x ㊁k y 分别代表波数域中X 和Y 方向的积分变量;u 0=k 2x +k 2y -k 20;k 0为上半空间波数㊂在波数为k 1的下半空间的T M 势函数A 1(x ,y ,z )和T E 势函数F 1(x ,y ,z )分别为: A 1(x ,y ,z )=-I d l8π2∬ɕr T M 1e-u 1z +i k x k 2x +k 2yei (k x x +k yy )d k x d k y (3) F 1(x ,y ,z )=-^z 0I d l8π2∬ɕr T E 1e u 1z +i k y u 1(k 2x +k 2y )e i (k x x +k yy )d k x d k y (4)式中:r T M 1㊁r T E 1为下半空间的反射系数;u 1=k 2x +k 2y -k 21;k 1为下半空间的波数,k 21=-i ωμσ1;σ1为下半空间的地层电导率㊂在z =0处由边界连续性条件A 0=A 1,1y 0∂A 0∂z =1y 1∂A 1∂z 可求得: r T M 1=2u 0u 0+y 0y 1u 1(5) r T E 1=2u 0u 0+u 1(6)式中:y 0=σ0+i ωε0;y 1=σ1+i ωε1;σ0㊁σ1分别为上㊁下半空间的电导率,S /m ;ε0㊁ε1分别为上㊁下半空间的介电常数㊂将式(5)和式(6)带入到式(3)和(4)可得: A 1(x ,y ,z )=-I d l8π2∬ɕ2u 0u 0+y 0y 1u 1e -u 1z +i k x k 2x +k 2ye i (k x x +k yy )d k x d k y (7) F 1(x ,y ,z )=-^z 0I d l8π2∬ɕ2u 0u 0+u 1e u 1z +i k y k 2x +k 2y e i (k x x +k y y )d k x d k y (8)㊃87㊃长江大学学报(自然科学版)2023年11月根据T M 势和T E 势与电磁场的关系可以求得均匀半空间情况下水平低频谐变电偶极子源在地下介质中产生的电场E 和磁感应强度B 在X ,Y ,Z 三个方向的表达式为:E x =-I d l 2πy 1x 2ρ2ʏɕ0λ2e -u 1z J 0(λρ)d λ+I d l k 212πy 1ʏɕ0λλ+u 1e -u 1z J 0(λρ)d λ-I d l 2πy 1ρ1-2x 2ρ2æèçöø÷ʏɕ0λe-u 1z J 1(λρ)d λ(9) E y =-I d l 2πx y ρ21y 1ʏɕ0λ2e -u 1z J 0(λρ)d λ+I d l 2πρ2x y ρ21y 1ʏɕ0λe -u 1zJ 1(λρ)d λ(10) E z =I d l 2πx ρ1y 1ʏɕ0λ2e -u 1zJ 1(λρ)d λ(11) B x=μI d l2πk 21x y ρ2ʏɕλ3e -u 1z J 0(λρ)d λ-ʏɕ0λ2u 1e-u 1z J 0(λρ)d λ[]-I d l 2πk 212x y ρ21ρʏɕλ2e -u 1z J 1(λρ)d λ-ʏɕ0λu 1e -u 1z J 1(λρ)d λ[](12) B y =-μI d l 2πk 21ʏɕ0λ3x 2ρ2e -u 1z J 0(λρ)d λ+ʏɕ0λ2u 1y2ρ2e-u 1z J 0(λρ)d λ-ʏɕ0λu 21e-u 1z J 0(λρ)d λ)éëêêùûúú-I d l 2πk 211-2x 2ρ2æèçöø÷1ρʏɕ0λ2e-u 1z J 1(λρ)d λ-ʏɕλu 1e-u 1z J 1(λρ)d λ[](13) B z =-μI d l 2πk 2y ρ∂∂ρʏɕ0λ2e -u 1z J 0(λρ)d λ-ʏɕ0λu 1e-u 1z J 0(λρ)d λ[](14)式中:ρ=x 2+y 2,m ;λ为积分变量;J 0㊁J 1分别为0阶和1阶贝塞尔函数;μ为磁导率,H/m ㊂对式(9)~(14)利用F o s t e r 恒等式[15-16]得: ʏɕ01u 1e u 1zJ 0(λρ)d λ=I 0-i k 1(r +z )2éëêêùûúúK 0-i k 1(r -z )2éëêêùûúú(15)式中:I 0和K 0分别是第1类和第2类修正贝塞尔函数;r =(ρ2+z 2)12㊂再利用S o mm e r f e l d 恒等式得:ʏɕ01u 1e u 1z J 0(λρ)λd λ=e i k 1rr (16)进行化简变换得到位于地表的水平谐变电偶极子在地下介质中的电磁场的解析表达式为:E x =I d l 2πy 11-x 2ρ2æèçöø÷∂2∂ρ2∂∂z I 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷æèçöø÷+x 2ρ21ρ∂∂ρ∂∂z I 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷æèçöø÷-I d l 2πy 1∂2∂z 2e -i k 1r r æèçöø÷(17) E y =-I d l 2π1y 1x y ρ2∂2∂ρ2∂∂z I 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷æèçöø÷éëêê-1ρ∂∂ρ∂∂z I 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷æèçöø÷ùûúú(18) E z =I d l 2π1y 1x ρ∂2∂z ∂ρe -i k 1r r æèçöø÷(19) B x =μI d l 2πk 21x y ρ2∂3∂z ∂ρ2e -i k 1r r æèçöø÷-1ρ∂2∂z ∂ρe -i k 1r r æèçöø÷éëêê+∂4∂z 2∂ρ2I 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷㊃97㊃第20卷第6期谢兴兵等:水平低频谐变电偶极子源在地下介质中的电磁响应特征-1ρ∂3∂z 2∂ρI 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷ùûúú(20) B y =-μI d l 2πk 21x 2ρ2∂3∂z ∂ρ2e -i k 1r r æèçöø÷+1ρy 2ρ2∂2∂z ∂ρe -i k 1r r æèçöø÷+∂3∂z 3e -i k 1r r æèçöø÷éëêê-y 2ρ2∂4∂z 2∂ρ2I 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷-1ρx 2ρ2∂3∂z 2∂ρI 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷ùûúú(21) B z =-μI d l 2πk 21y ρ∂∂ρ∂3∂z ∂ρ2I 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷-∂2∂z 2e -i k 1r r æèçöø÷éëêê+1ρ∂2∂z ∂ρI 0i k 1(r -z )2éëêêùûúúK 0i k 1(r +z )2éëêêùûúúæèçöø÷ùûúú(22)2 解析解正确性验证与计算速度当一水平电偶极子源铺设于地表时,在地下介质中和地表产生的电磁场各分量利用解析解和数值解分别计算㊂设在电阻率为10Ω㊃m 均匀半空间的地表原点处,有一电偶极矩为1A ㊃m 沿着X 方向布设的发射电偶极子源,水平X 方向和Y 方向分别从-1000~1000m ,垂直Z 方向(向下为正)从0到地下1000m 三维空间内分布有网度为100mˑ100mˑ100m 的测点,共计4851个测点,发射频率从10000~1H z ,共21个以对数等间隔分布的频点㊂分别采用解析解和数值解计算每个测点的电磁场分量,图1为均匀半空间地下100m (Z =100m )X Y 平面频率为1H z 时两种方法计算的电磁场分量响应结果㊂由图1可知,解析解和数值解的计算结果完全一致㊂同时采用同一台计算机,测试了两种不同方法计算4851个测点各个分量所需要的总时间,两种计算方法都是串行计算,占用同样性质的一个计算内核,通过程序测定解析解耗时4.8s ,数值解耗时236s ,解析解比数值解快约50倍㊂不仅说明本文推导出的解析解表达式的正确性,而且证实解析解计算速度更快㊂为了进一步验证本文推导出来的水平低频谐变电偶极子源在地下介质中的电磁场解析表达式的正确性㊂图2给出了坐标为(100,500,100)处的接收点的均匀半空间中电磁场随频率变化曲线㊂对比本文推导出的解析解与K e r r y K e y 数值解计算的3个电场分量以及3个磁感应强度分量的结果曲线可知,每个分量在整个频带范围内基本重合,说明本文推导出来的水平低频谐变电偶极子源在地下介质中的电磁场的解析表达式是正确的㊂3 电磁场随深度变化特征图3是以源为中心两个正交方向不同深度电磁场响应变化图㊂当电偶极子沿着X 方向时,在以源为中心的两个正交方向上,垂直于源方向的电场分量E y 和沿着源方向磁场分量B x 为0,而在地下介质中的其他位置,所有电磁场分量都不为0,且水平电偶极子源激发的电磁场具有明显的方向性,这在地井电磁勘探中是非常关键的㊂4 结束语从谢昆诺夫势函数出发,利用边界连续性条件,推导出位于地表的水平电偶极子源在地下介质中的电磁场响应解析表达式㊂其计算结果与K e r r y K e y 的数值解计算结果完全一致,解析解的计算速度远高于数值解,这将提高可控源电磁法三维正演模拟中的一次场计算的精度和速度,为可控源电磁法三维正演技术提供基础支撑㊂感谢S c r i p p s 海洋研究所K e r r y K e y 提供的数值计算程序。
关于电偶极子的研究

电偶极子还可以应用于电磁材料的研制中,通过控制材料的电磁性能,实现电磁波吸收、屏蔽和调控等功能,为电磁波的应用提供了更多的可能性。
电偶极子在材料科学中的应用
电偶极子的模拟与计算
03
1
电偶极子的模拟方法
2
3
通过使用经典力学方程对电偶极子的动力学进行模拟,如牛顿第二定律等。
经典电偶极子的模拟
电偶极子的光谱研究
红外光谱
研究电偶极子中分子振动和转动能级的变化,推断分子结构和化学键信息。
电荷转移
研究电偶极子在不同电场作用下的电荷转移现象,如电容、电阻、电导等参数的变化。
电偶极子的物理效应研究
能量转移
研究电偶极子在不同温度、压力和气氛等条件下的能量转移现象,如热导、热容、熵等参数的变化。
分子取向
电偶极子的未来研究方向建议
提高应用效率和稳定性
02
针对能源领域的应用,需要进一步提高电偶极子相关设备的效率和稳定性,为实际应用提供更好的支撑。
拓展新的应用领域
03
除了在材料科学和能源领域的应用外,还可以探索电偶极子在其他领域的应用,例如电子学、生物学等。
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谢谢您的观看
电偶极子的电偶极矩与光场的相互作用会导致电偶极子的振动和旋转等光学性质。
电偶极子的光学性质
电偶极子的应用研究
02
信号传输
电偶极子可以作为信号传输的媒介,将高频信号从一个电路传输到另一个电路,实现信息的快速和远距离传输。
微波通信
在微波通信中,电偶极子可以作为天线的一部分,负责将信号从传输线中辐射出去,实现信息的无线传输。
02
电子运动轨迹
可以模拟电子在电偶极子作用下的运动轨迹,进而分析电子的能级和波函数等量子力学性质。
利用感生电偶极子推导范德瓦尔斯相互作用势

会造成能量的增加遥 在我们的模型中袁我们考虑两个原子由于
. A原重l子合l袁间相R相互i互之g作h间用t位s造移成为R了exs各袁形e原r成子v感e自生d身电.的偶正极负矩电q荷x遥中把心两位个置原不子再看
作一个整体袁系统依旧处于基态袁但是两个原子本身却偏离了
自身的基态遥 由于 x 比较小袁因此可使用谐振子模型描述单个
-
1 2
2
kx2 +
q2x1x2 2仔缀0R3
遥令
孜1=
x1+x2 2
袁孜2=
x1-x2 2
遥则拉格朗日函数可被化简为
L=
1 2
2
m孜1
+
1 2
2
m孜2
-
1 2
(k-
q2 2仔缀0R3
2
)孜1
-
1 2
(k+
q2 2仔缀0R3
2
)x2
由保守系统中的拉格朗日方程能够得到关于两个自由度
孜1袁孜2 的两个独立的谐振子运动遥 容易观察得到袁第一个自由度 描述的是体系的质心运动袁第二个自由度描述的是体系的相对
遥
相比于相距无穷远的两个
姨 原子基态能量 攸
k m
袁 系统能量由于范德瓦尔斯相互作用降
低了
A R6
袁也即范德瓦尔斯相互作用势
U(R)=-
A R6
袁其中常数
A 由原子的性质给出遥 势能的形式表明范德瓦尔斯相互作用是
一个吸引力遥
3.极性分子
由于存在固有电偶极矩袁x0屹0袁
此时
H1抑-
q2x20 2仔缀0R3
考索窑探微
吴建成 1 吴健康 2
渊1.江苏科技大学理学院 江苏 镇江 212003 2.江苏科技大学计算机学院 江苏 镇江 212003冤
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Electric Dipole’s R﹑d Orders Of Magnitude Conditions
By KanSen
In the calculation of the electric intensity E or potential V of a electric dipole, If meet R > > d, We often take the approximate calculation to simplify calculations, But, only when what order of magnitude condition of R and d is meeted, can we use approximate calculation ,whose error is withen our acceptable range. Then we will analysise this problem;
In order to study the effect of the relationship of R and D orders of magnitude on the error of the approximate calculation, We first use the accurate calculation formula to calculate the potential V of a electric dipole on a certain point. Then we use the approximate calculation formula to calculate the potential on that point.Next we can observe the difference between the theoretical result and approximate result.
y
Electric dipole model
Accurate calculation formula: V=)11(4-+-R R q
o πε ,
R + =【(Rsin θ)2 +(Rcos θ-d/2)2】1/2
R -=【(Rsin θ)2 +(Rcos θ+d/2)2】1/2 V=o q
πε4{【(Rsin θ)2 +(Rcos θ-d/2)2】-1/2 -【(Rsin θ)2 +(Rcos θ+d/2)2】-1/2}
If R>>d,we have the following trasformation:
Approximate calculation:
1/R +≈(R-dcos θ/2)-1≈1/R(1+ dcos θ/(2R))
1/R -≈(R+dcos θ/2)-1≈1/R(1- dcos θ/(2R))
V ’=24cos R qd o πεθ
Now, let us assume that q=1×10-6 C, d=1×10-5 m, θ=π/4 rad, when R Takes different values , we can get the corresponding value of V and V ’, As listed in the following table:
From the table we can probably come to the conclusion that: when the difference of orders of magnitude of R and d was greater than 3, We can use the approximation but will not Have much error.
The equipotential surface in the electric field of an electric dipole:
(Approximatedly)
Reference:
Field and Wave Electromagnetics [David K.Cheng] V>0
V<0。