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Wie bewegt sich ein elektrischer Dipol im homogenen / inhomogenen E-Feld?

Antwort #1

Level 2 (ohne höhere Mathematik)
Beantwortet von
Elektrischer Dipol im homogenen E-Feld
Ein elektrischer Dipol (z.B. ein Dipolmolekül) im homogenen elektrischen Feld.

Wird ein elektrischer Dipol (z.B. ein Molekül mit einem positiven und negativen Ladungsschwerpunkt) in ein homogenes elektrisches Feld platziert, dann erfährt der negative Ladungsschwerpunkt eine Kraft \(F_1\) zur positiv geladenen Platte hin - also entgegen dem elektrischen Feld. Der positive Ladungsschwerpunkt erfährt eine Kraft \(F_2\) zur negativ geladenen Platte hin - entlang des elektrischen Feldes.

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. Der Dipol wird nicht verschoben!

Wie verhält sich Dipol im homogenen E-Feld?

Der Dipol erfährt eine Drehung im homogenen elektrischen Feld.

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

Im Fall eines inhomogenen elektrischen Feldes (z.B. erzeugt von einer geladenen Kugel) dreht sich der Dipol 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.

Außerdem erfahren der positive und negative Ladungsschwerpunkt des Dipols in einem inhomogenen E-Feld eine unterschiedliche Kraft entlang bzw. engegen den Feldlinien. Um die beiden Kräfte ins Gleichgewicht zu bringen, verschiebt sich der Dipol im inhomogenen E-Feld.

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.