Was ist ein Dipol-Moment?
Ein Dipol ist ein neutrales System aus zwei entgegengesetzt geladenen Teilen. Beispielsweise ist ein Wassermolekül insgesamt neutral, aber eines seiner Enden ist positiv geladen, während das andere negativ geladen ist. Ein solches Objekt kann andere geladene Objekte durch elektromagnetische Kräfte beeinflussen. Das Dipolmoment eines Dipols ist eine Vektorgröße, die die Stärke dieses Einflusses beschreibt. Seine Größe entspricht der Größe jeder Ladung, multipliziert mit dem Abstand zwischen den beiden Teilen des Systems.
Die Stärke der von einem Dipol auf ein entferntes Teilchen ausgeübten Kraft kann unter Verwendung der Gleichung F = 2 · pkq / r & sub3; angenähert werden . Hier ist p das Dipolmoment, k ist die Coulomb-Konstante, q ist die Größe der Nettoladung auf dem entfernten Teilchen und r ist der Abstand zwischen dem Zentrum des Dipols und dem entfernten Teilchen. Diese Annäherung ist auf der Längsachse des Systems nahezu perfekt, solange r signifikant größer als der Abstand zwischen den beiden Komponenten des Dipols ist. Bei Partikeln, die weit von dieser Achse entfernt sind, überschätzt die Approximation die Kraft um den Faktor 2.
Einsteins Relativitätstheorie verknüpft elektrische Kräfte mit magnetischen Kräften. Das Magnetfeld eines Stabmagneten kann durch einen Dipol magnetischer Ladungen angenähert werden, einer in der Nähe des Nordpols des Magneten, der andere in der Nähe des Südpols. Eine solche Anordnung wird als magnetischer Dipol bezeichnet, und der Einfluss, den sie auf eine sich senkrecht zum Feld bewegende entfernte Ladung ausübt, kann mit 2 * μqs / r 3 angenähert werden , wobei μ das magnetische Dipolmoment und s die Geschwindigkeit ist.
Ein elektrischer Strom, der sich in einem kreisförmigen Draht bewegt, erzeugt ein Magnetfeld ähnlich dem eines kurzen Stabmagneten. Das magnetische Dipolmoment eines solchen Drahtes hat die Größe I * A , wobei I der Strom des Drahtes und A der Bereich ist, den er im Raum verfolgt. Auf atomarer Ebene wird Magnetismus häufig als Folge der Bewegung von Elektronen entlang gekrümmter Pfade angesehen. Die Größe des magnetischen Dipolmoments für ein solches Teilchen ist gleich q * s / (2r) , wobei q die Größe der Ladung ist, s die Geschwindigkeit des Teilchens ist und r der Radius des Weges ist.
Zusätzlich zur Quantifizierung der Kraft eines Dipols auf entfernte geladene Teilchen ist das Dipolmoment nützlich, um die Kraft zu bestimmen, die ein externes Feld auf einen Dipol ausübt. Beispielsweise erzeugt ein Mikrowellenherd kurzlebige, sich ändernde elektrische Felder. Diese Felder bewirken, dass sich Wassermoleküle, die elektrische Dipole sind, drehen. Diese Drehbewegung führt zu einer Temperaturerhöhung, die das Gargut zum Kochen bringt. Das maximale Drehmoment, das ein externes Feld auf einen Dipol ausübt, ist einfach das Produkt aus Dipolmoment und Feldstärke.