Alexander Fufaev
Ich heiße Alexander FufaeV und hier erkläre ich das folgende Thema:

Wie bewegt sich ein elektrischer Dipol im elektrischen Feld?

Erklärung

Video

Diese Lektion ist auch als YouTube-Video verfügbar: Was passiert mit einem Dipol in einem elektrischen Feld?

Betrachten wir einen elektrischen Dipol, zum Beispiel ein Molekül mit einem positiven und negativen Ladungsschwerpunkt. Wenn dieser Dipol in ein homogenes elektrisches Feld \( \class{purple}{\boldsymbol{E}} \) eines Plattenkondensators gebracht wird, dann erfährt der negative Ladungsschwerpunkt eine Kraft \(F_1\) zur positiv geladenen Platte hin. Der positive Ladungsschwerpunkt erfährt dagegen eine Kraft \(F_2\) zur negativ geladenen Platte hin.

Elektrischer Dipol im homogenen E-Feld
Ein elektrischer Dipol (z.B. ein Dipolmolekül) im homogenen elektrischen Feld.

Der Dipol dreht sich solange, bis dieser parallel zu den elektrischen Feldlinien verläuft, und zwar so, dass der negative Ladungsschwerpunkt auf der Seite mit der positive Platte liegt und der positive Ladungsschwerpunkt auf der Seite mit der negativen Platte. In dem Endzustand verschwindet das Drehmoment auf den Dipol und seine Energie wird minimal. Die resultierende Kraft auf den Dipol ist dann in diesem Zustand ebenfalls Null. Wir können also sagen: In einem homogenen Feld rotiert der elektrische Dipol, verschiebt sich aber nicht!

Wie verhält sich Dipol im homogenen E-Feld?

Der Dipol erfährt eine Drehung im homogenen elektrischen Feld.

Betrachten wir nun eine positiv geladene Kugel, die ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt. Wenn wir einen elektrischen Dipol in dieses Feld platzieren, dann dreht er sich wie beim homogenen Feld solange, bis er entlang den Feldlinien verläuft. Wenn die geladene Kugel positiv ist, dann dreht sich der negative Ladungsschwerpunkt zur Kugel hin, weil entgegengesetzte Ladungen sich anziehen. Wenn aber die Kugel negativ geladen ist, dann dreht sich der positive Ladungsschwerpunkt des Dipols zur Kugel hin.

Elektrischer Dipol im inhomogenen E-Feld
Ein elektrischer Dipol (z.B. ein Dipolmolekül) im inhomogenen elektrischen Feld.

Neben der Rotation des Dipols passiert noch etwas anderes im inhomogenen elektrischen Feld. Der positive und negative Ladungsschwerpunkt des Dipols erfahren eine unterschiedlich große Kraft. Um die beiden Kräfte ins Gleichgewicht zu bringen, verschiebt sich der Dipol im inhomogenen elektrischen Feld. Wir können also sagen: In einem inhomogenen Feld dreht sich und verschiebt sich der Dipol.

Wie verhält sich Dipol im inhomogenen E-Feld?

Der Dipol erfährt neben einer Drehung im inhomogenen elektrischen Feld noch eine Kraft \(F\) in Richtung der dichter werdenden Feldlinien.