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Elektrische Dipole
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Ein elektrischer Dipol ist ein System, das aus zwei Bereichen elektrischer Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen besteht, die durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind. Obwohl das gesamte System möglicherweise elektrisch neutral ist, führt die Trennung zwischen den Ladungen zu einer ungleichmäßigen Verteilung, die elektrische Effekte im umgebenden Raum erzeugt.
Elektrische Dipole kommen natürlicherweise in vielen Molekülen und Materialien vor. Bei manchen Stoffen ist die innere Ladungsverteilung nicht symmetrisch, es entstehen teilweise positive und negative Pole. Diese Eigenschaft beeinflusst Eigenschaften wie Löslichkeit, intermolekulare Kräfte und die Wechselwirkung von Materie mit externen elektrischen Feldern.
Das Verhalten von Dipolen ist in Bereichen wie Chemie, Biologie und Materialphysik von grundlegender Bedeutung. Sie sind an Phänomenen wie der Polarisation von Isolatoren, dem Betrieb elektromagnetischer Antennen, der Wechselwirkung zwischen Wassermolekülen und verschiedenen Prozessen im Zusammenhang mit der Struktur und Organisation der Materie beteiligt.
ID:(823, 'ky')
Dipolmoment
Beschreibung
Um einen elektrischen Dipol quantitativ zu beschreiben, wird das Konzept des elektrischen Dipolmoments eingeführt. Diese Größe repräsentiert gleichzeitig die Intensität des Dipols und seine räumliche Ausrichtung. Der Dipolmoment ($\vec{P}$) wird anhand der Größe des Ladung ($Q$) und des Vektor, der die Dipolladungen trennt ($\vec{d}$) definiert, ausgerichtet von der negativen zur positiven Ladung.
 $\vec{P} = Q \vec{d}$
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Die physikalische Bedeutung dieser Größenordnung ist tiefgreifend. Während die Gesamtladung des Dipols möglicherweise Null ist, ermöglicht uns das Dipolmoment zu beschreiben, wie weit die Ladungen voneinander entfernt sind und wohin diese Polarisation ausgerichtet ist. Je größer der Abstand zwischen den Ladungen bzw. je größer ihre Größe, desto intensiver ist der Dipol und desto stärker ist seine Wechselwirkung mit externen elektrischen Feldern.
Die Nützlichkeit des Dipolmoments wird deutlich, wenn man die Wechselwirkung des Dipols mit einem elektrischen Feld untersucht. Das Drehmoment, das dazu neigt, den Dipol auszurichten, hängt direkt vom Dipolmoment ab, sodass sich Dipole mit größerem Moment stärker nach dem Feld ausrichten. Darüber hinaus wird das vom Dipol erzeugte elektrische Feld in großen Entfernungen hauptsächlich von dieser Größe bestimmt, sodass komplexe Systeme durch eine vereinfachte Darstellung beschrieben werden können, die ausschließlich auf ihrem Dipolmoment basiert.
Das Konzept des Dipolmoments ist in der Physik, Chemie und Biologie von grundlegender Bedeutung. Es ermöglicht uns, das Verhalten polarer Moleküle, die Wechselwirkung dielektrischer Materialien mit elektrischen Feldern, die Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlung und sogar makroskopische Eigenschaften von Materie wie die elektrische Permittivität und die Polarisation materieller Medien zu verstehen.
ID:(3863, 'gm')
Elektrisches Dipolfeld
Beschreibung
Da die Coulomb-Kraft für 15772
gleich ist
In diesem Fall ist für den positiven Ladung ($Q$) der Distanzvektor mit
$\vec{s}_2-\vec{s}_1=\vec{r} - \displaystyle\frac{1}{2}\vec{d}$
und für das Negativ Ladung ($Q$)
$\vec{s}_2-\vec{s}_1=\vec{r} + \displaystyle\frac{1}{2}\vec{d}$
einer hat
$\vec{E}_d=\displaystyle\frac{Q}{4\pi\cdot\epsilon_0\cdot\epsilon}\left[\displaystyle\frac{\vec{r}-\v ec{d}/2}{|\vec{r}-\vec{d}/2|^3}-\displaystyle\frac{\vec{r}+\vec{d}/2}{|\vec{r}+\vec{d}/2|^3}\right]$
Wie bei 3863
kann auch geschrieben werden als
ID:(15799, 'gm')
Fernes elektrisches Dipolfeld
Beschreibung
Wie für Position ($\vec{r}$) und Vektor, der die Dipolladungen trennt ($\vec{d}$), im Limit $|\vec{d}| \ll |\vec{r}|$, wir haben:
$\displaystyle\frac{1}{|\vec{r}-\vec{d}/2|^3}=\displaystyle\frac{1}{r^3}+\displaystyle\frac{3\vec{r}\cdot\vec{d}}{2r^5}+O(d^2/r^2)$
und
$\displaystyle\frac{1}{|\vec{r}+\vec{d}/2|^3}=\displaystyle\frac{1}{r^3}-\displaystyle\frac{3\vec{r}\cdot\vec{d}}{2r^5}+O(d^2/r^2)$
Durch Ersetzen dieser Ausdrücke in 15799
:
endlich erhalten:
ID:(1925, 'gm')
Drehmoment am Dipol
Beschreibung
Da die Drehung um den Mittelpunkt des Dipols erfolgt, entspricht der Hebelarm der Hälfte von Vektor, der die Dipolladungen trennt ($\vec{d}$). Auf diese Weise kann unter Berücksichtigung der auf jede Last ausgeübten Elektrische Kraft ($\vec{F}$) die Torque ($\vec{\tau}$) wie folgt geschrieben werden:
$\vec{\tau} = 2 \displaystyle\frac{1}{2} \vec{d} \times \vec{F}$
wobei Faktor 2 auftritt, da beide Lasten zum Gesamtdrehmoment beitragen.
Wie:
und
Abschließend kommt man zu dem Schluss, dass:
ID:(15810, 'gm')
Elektrische Dipole
Beschreibung
Berechnungen
zu 
,
dann die Variable auswählen: 
zu 
Berechnungen
Variable
Gegeben
Berechnen
Ziel :
Gleichung
Zu verwenden
Variablen
ID:(823, 0)
Palos Verdes, Costa de Corral, Chile