Bức xạ lưỡng cực và đa cực

Các lưỡng cực dao động là những bộ bức xạ đơn giản nhất, và sự khai triển đa cực sắp xếp bức xạ từ bất kỳ nguồn cục bộ nào.

Definition

Mô tả bức xạ từ một nguồn cục bộ thay đổi theo thời gian dưới dạng một chuỗi các đóng góp đa cực — lưỡng cực điện, lưỡng cực từ, tứ cực điện và các bậc cao hơn — mỗi loại có một mẫu góc và công suất đặc trưng, bị chi phối bởi số hạng khác không thấp nhất đối với các nguồn nhỏ.

Scope

Chủ đề này bao gồm bức xạ lưỡng cực điện và từ, phân bố góc và tổng công suất bức xạ cũng như sự phụ thuộc vào tần số của chúng, sự khai triển đa cực có hệ thống của bức xạ từ một nguồn dao động cục bộ, và cường độ tương đối của các bậc đa cực kế tiếp. Nó cung cấp các công cụ tiêu chuẩn để phân tích sự phát xạ từ các phân tử, ăng-ten và hạt nhân trong chế độ bước sóng dài.

Core questions

• Mẫu bức xạ và công suất của một lưỡng cực điện dao động là gì?
• Bức xạ lưỡng cực từ và đa cực bậc cao hơn so sánh về cường độ như thế nào?
• Sự khai triển đa cực sắp xếp bức xạ từ một nguồn tổng quát như thế nào?

Key concepts

• bức xạ lưỡng cực điện
• bức xạ lưỡng cực từ
• bức xạ tứ cực điện
• khai triển đa cực
• phân bố góc
• thang công suất bức xạ

Key theories

Bức xạ lưỡng cực điện

Một lưỡng cực điện dao động bức xạ với một mẫu góc đặc trưng và tổng công suất tỷ lệ với bình phương của mômen lưỡng cực và lũy thừa bậc bốn của tần số, là số hạng bức xạ hàng đầu và thường chiếm ưu thế.

Khai triển đa cực của bức xạ

Bức xạ từ một nguồn cục bộ được khai triển thành các đa cực điện và từ có bậc tăng dần, với mỗi bậc kế tiếp thường yếu hơn một yếu tố liên quan đến kích thước nguồn trên bước sóng.

Clinical relevance

Lý thuyết bức xạ đa cực giải thích sự phát xạ và hấp thụ nguyên tử và phân tử, các mẫu bức xạ của ăng-ten, sự chiếm ưu thế của các chuyển đổi lưỡng cực trong quang phổ học, và các quy tắc chọn lọc được sử dụng để giải thích quang phổ trong hóa học và vật lý thiên văn.

History

Hertz đã phân tích bức xạ của một lưỡng cực dao động trong các thí nghiệm năm 1888 của ông, cung cấp bức tranh chi tiết đầu tiên về một hệ thống bức xạ. Sự khai triển đa cực có hệ thống được phát triển khi lý thuyết điện từ trưởng thành và trở nên thiết yếu cho bức xạ nguyên tử và hạt nhân.

Key figures

• Heinrich Hertz
• Joseph Larmor
• James Clerk Maxwell

Seminal works

• jackson1998
• landau1975

Frequently asked questions

Tại sao bức xạ lưỡng cực điện thường chiếm ưu thế?

Đối với các nguồn nhỏ hơn nhiều so với bước sóng, mỗi bậc đa cực cao hơn đều yếu hơn, vì vậy trừ khi mômen lưỡng cực điện triệt tiêu do đối xứng, nó sẽ chiếm ưu thế về công suất bức xạ.

Tại sao bức xạ lưỡng cực tăng mạnh theo tần số?

Công suất bức xạ của một lưỡng cực dao động tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của tần số, đó là lý do tại sao các dao động tần số cao bức xạ hiệu quả hơn nhiều và là cơ sở cho các hiệu ứng như màu xanh của ánh sáng mặt trời tán xạ.