已知一个电荷系统的电偶极矩定义为p(t)= 利用电荷守恒定律 证明p的时变率为

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已知一个电荷系统的电偶极矩定义为p(t)=,利用电荷守恒定律,证明p的时变率为

  

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答案解析

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  • 正确观察任一点x'处电荷密度的变化.记电流密度J(x',t)=J,由▽'·J+ρ/t=0,有

    而
    ▽'·(Jx')=(▽'·J)x'+J·▽'x'=(▽'·J)x'+J
    其中▽'x'为单位张量,于是(1)式变为

    (2)
    (2)式第二步已将张量Jx'的散度的体积分化成面积分.总可以将积分区域取得大于电荷分布区域V,因而积分区域的界面S上有J=0,故(2)式右方第一项为零.于是得
    (3)
    另法 电荷实际上以量子化形式存在.设第i个粒子的电荷量为qi,位矢为x'i,系统的总电荷量和电偶极矩分别为
    q=∑qi,p=∑qix'i (4)
    每个粒子运动形成的电流元为JdV'=qiv'i,v'i=dx'i/dt是其速度,而系统的总电荷量q是个守恒量,因此有
    (5)