Пусть задано некоторое распределение заряда , выберем начало отсчёта внутри заданного объёма.
-точка наблюдения, в ней будем считать потенциал.
Здесь, ради получения аналитического выражения пойдём на приближение: точка наблюдения далека по сравнению с объёмом системы зарядов.
Разложим функцию в ряд Тейлора:
Мы используем несколько членов этого разложения, кол-во которых зависит от требуемой точности и от малости
Под интегралом стоит . Для имеем:
Рассмотрим
Тогда
Здесь
Рассмотрим некоторые члены этого разложения:
Первый член:
- это кулоновский потенциал (заряд сосредоточен в точке начала координат).
Второй член:
сам интеграл даёт дипольный момент системы:
- потенциал, который создаёт в точке наблюдения диполь , расположенный в точке начала координат
Третий член:
Рассмотрим
Последнее слагаемое при интегрировании даст нуль, т.к.
Вспомним выражение:
При получаем:
Здесь точка наблюдения не лежит в объёме с зарядами, тогда всегда.
Тогда при интегрировании даст нулевой вклад. В результате получаем:
Полученный интеграл – это
Мы получили потенциал квадрупольного типа. Можно дальше рассматривать члены разложения, разлагаем по мультипольным моментам. Когда оборвать ряд зависит от малости .
, имеет порядок
Чем меньше этот параметр, тем меньше членов надо учитывать в разложении.