Дипольное и мультипольное излучение

Колеблющиеся диполи являются простейшими излучателями, а мультипольное разложение систематизирует излучение от любого локализованного источника.

Definition

Описание излучения от локализованного изменяющегося во времени источника как ряда мультипольных вкладов — электрического диполя, магнитного диполя, электрического квадруполя и более высоких порядков — каждый с характерным угловым распределением и мощностью, причем для малых источников доминирует низший ненулевой член.

Scope

Эта тема охватывает электрическое и магнитное дипольное излучение, их угловые распределения и полную излучаемую мощность, а также частотную зависимость, систематическое мультипольное разложение излучения от локализованного колеблющегося источника и относительные силы последовательных мультипольных порядков. Она предоставляет стандартные инструменты для анализа излучения молекул, антенн и ядер в длинноволновом режиме.

Core questions

• Какова диаграмма направленности и мощность колеблющегося электрического диполя?
• Как соотносятся по силе магнитное дипольное и более высокие мультипольные излучения?
• Как мультипольное разложение систематизирует излучение от общего источника?

Key concepts

• излучение электрического диполя
• излучение магнитного диполя
• излучение электрического квадруполя
• мультипольное разложение
• угловое распределение
• масштабирование излучаемой мощности

Key theories

Излучение электрического диполя

Колеблющийся электрический диполь излучает с характерным угловым распределением и общей мощностью, масштабирующейся как квадрат дипольного момента и четвертая степень частоты, что является ведущим и обычно доминирующим членом излучения.

Мультипольное разложение излучения

Излучение от локализованного источника разлагается на электрические и магнитные мультиполи возрастающего порядка, причем каждый последующий порядок обычно слабее на коэффициент, связанный с отношением размера источника к длине волны.

Clinical relevance

Теория мультипольного излучения объясняет атомное и молекулярное излучение и поглощение, диаграммы направленности антенн, доминирование дипольных переходов в спектроскопии и правила отбора, используемые для интерпретации спектров в химии и астрофизике.

History

Герц проанализировал излучение колеблющегося диполя в своих экспериментах 1888 года, предоставив первое детальное описание излучающей системы. Систематическое мультипольное разложение было разработано по мере развития электромагнитной теории и стало существенным для атомного и ядерного излучения.

Key figures

• Heinrich Hertz
• Joseph Larmor
• James Clerk Maxwell

Seminal works

• jackson1998
• landau1975

Frequently asked questions

Почему излучение электрического диполя обычно доминирует?

Для источников, значительно меньших длины волны, каждый более высокий мультипольный порядок слабее, поэтому, если электрический дипольный момент не обращается в нуль по симметрии, он доминирует в излучаемой мощности.

Почему дипольное излучение так резко возрастает с частотой?

Излучаемая мощность колеблющегося диполя масштабируется с четвертой степенью частоты, поэтому высокочастотные колебания излучают гораздо эффективнее, что лежит в основе таких эффектов, как синий цвет рассеянного солнечного света.