Elektrischer Dipol

Dipol

Potential eines Dipols

Ein Dipol besteht aus zwei räumlich getrennt auftretenden Polen mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen (+,−). Dies können elektrische Ladungen oder magnetische Pole gleicher Größe sein.

Der Begriff des Dipols ist in seiner Bedeutung nicht identisch mit dem des Zweipols, welcher eine bestimmte Gruppe elektrischer Schaltungen beschreibt.

Ein einfaches Beispiel für einen Dipol ist ein Stabmagnet.

Dipole werden durch ihr Dipolmoment charakterisiert. Es ist abhängig von Abstand und Stärke der Pole. Ein Dipol ist die Quelle eines Dipolfeldes.

Beispiel: zwei entgegengesetzte Ladungen q im Abstand d haben ein Dipolmoment $\,\vec{p} = q\vec{d}$ und für große Abstände r das Dipolfeldpotential:

$\phi = \frac {1}{4 \pi \varepsilon_0} \frac {p \cos (\theta)}{r^2} = \frac {1}{4 \pi \varepsilon_0} \frac {\vec{p} \vec{r}}{r^3}$

wobei $\,\theta$ der Winkel zwischen dem Ortsvektor des Punktes, in dem das Potential bestimmt wird, und der Orientierungsgeraden des Dipols ist. Für Beispiele magnetischer Dipolfelder siehe Biot-Savart-Gesetz.

Während die Quellen anderer physikalischer Felder durchaus Monopole sein können, gibt es keine magnetischen Monopole. Dies folgt aus der Vereinigung der elektrischen mit der magnetischen Kraft, nach der Magnetismus aus der relativistischen Bewegung geladenen Teilchen entsteht. Das beste Beispiel für ein magnetisches Dipolfeld ist das Erdmagnetfeld, dessen Nordpol und Südpol nahe - jedoch nicht genau auf - der Erdachse liegen.

Einer beliebigen elektrischen Ladungsverteilung kann neben ihrer Gesamtladung, sofern sie nicht vollständig symmetrisch ist, in zweiter Näherung ein elektrisches Dipolmoment zugeordnet werden. Dazu sucht man den elektrischen Schwerpunkt für die positive Ladung und den elektrischen Schwerpunkt für die negative Ladung. Die beiden Schwerpunkte stellen den Dipol dar. Der folgende, dritte Term in dieser sogenannten Multipolentwicklung ist das Quadrupolmoment der Ladungsverteilung.

Dipole spielen makroskopisch aber auch mikroskopisch eine Rolle.

In der Chemie werden Moleküle, bei denen die Schwerpunkte der negativen und der positiven Ladungsträger nicht zusammenfallen, als Dipole bezeichnet (Dipolmoleküle). Wassermoleküle sind typische Dipole.

In der Medizin verhalten sich erregte Herzmuskelzellen zu unerregten wie ein Dipol. Die (Erregungs-)Richtung wird hierbei durch die Lage des Vektors, die Größe durch seine Länge dargestellt - von Minus nach Plus, also von erregten zu nicht erregten Zellen.

Siehe auch

• Dipolantenne
• Dipol-Dipol-Kräfte
• Dipol (Lautsprecher)
• Dipol-Molekül
• Dipolmagnet
• Hertzscher Dipol
• Quadrupol