Elektrodynamik und Optik - Fachbereich Physik der Universität ...

E1.16 Induzierter Dipol:
Graphitbälle mit
verbindendem
Metallbügel
Ex.xx Ablenkung des
Wasserstrahls mit
geladenem Isolator;
Ausrichtung der
Grießkörner im E-Feld
E1.16 Permanenter
Dipol: Graphitbälle über
Isolator getrennt; einer
aufgeladen
28 Experimentalphysik 1 für Biologen & Chemiker
Feld E Ladungen im Dielektrikum verschoben.
5.1.10 Elektrischer Dipol, Polarisation und Suszeptibilität
Da aber in Isolatoren die Ladungsträger, d.h. die Elektronen, nicht frei beweglich
sind, sondern an den Atomkern gebunden sind, können sie nicht wie bei den
Leitern an den Rand des Materials wandern, sondern nur innerhalb des Atoms
oder Moleküls verschoben werden.
D.h. die positiven
Ladungsschwerpunkte S + innerhalb
eines Moleküls oder Atoms fallen in
Gegenwart eines elektrischen Feldes E
nicht mehr mit den negativen
Ladungsschwerpunkten S - zusammen.
Man spricht von der sog. Polarisierung,
die einen sog. induzierten
elektrischen Dipol erzeugt (lat.
inducere: herbeiführen).
Ein elektrischer Dipol besteht aus einem
Paar gleich großer, aber
ungleichnamiger Ladungen, die im
Abstand d miteinander (leitend)
verbundenen sind:
Polarisation durch
Verschiebung der
Ladungsschwerpunkte
in einem Atom oder
Molekül. Quelle:
Demtröder 2, Abb.
1.40, S. 24
Elektrischer Dipol aus
zwei
entgegengesetzten
aber gleichgroßen
Ladungen im Abstand
d mit dem
Dipolmoment µ, das
von – nach + zeigt.
Das sog. elektrische Dipolmoment µel zwischen zwei Ladungen q + und q - wird
definiert als:
µ = q ⋅d
.
el
Das Dipolmoment ist eine vektorielle Größe und zeigt von der negativen zur
positiven Ladung (vgl. Richtung des Elektrischen Feldes E, das von + nach –
zeigt).
Dei Einheit des elektrischen Dipolmoments ist das Debye:
[µ] = 1 D = 3,3356 · 10 -30 C · m (Peter Debye, 1884-1966, niederländischer
Physiker)
Frage: In welchem Abstand d befinden sich damit ein Elektron und ein Positron
zueinander, wenn das Dipolmoment µ genau ein Debye groß ist?
Es gibt auch permanente Dipole, in denen die Ladungen ohne Einwirkung eines
äußeren elektrischen Feldes bereits im Molekül aufgrund der unterschiedlichen
Elektronegativitäten der Atome getrennt vorliegen. Für Moleküle mit solch einem
permanenten Dipolmoment liegt µ meist im Bereich von 0 - 12 Debye.