Dipol im inhomogenen Feld
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Einführung in die Physik II für Studierende der Naturwissenschaften und Zahnheilkunde Sommersemester 2007 VL #14 am 18.05.2007 Vladimir Dyakonov Dipol im inhomogenen Feld 1 Dipol im inhomogenen Feld In einem inhomogenen Feld ergibt sich neben einem Drehmoment, das auf den Dipol wirkt, noch eine resultierende Kraft für eine Translationsbewegung Orientierungspolarisation Moleküle mit einem permanenten Dipolmoment richten sich im elektrischen Feld aus: Orientierungspolarisation 2 Verhalten vieler Dipole Mit Feld: Dipolmomente ausgerichtet Temperaturbewegung stört Ordnung: Polarisierbarkeit temperaturabhängig Beispiel: Wasser bei Zimmertemperatur und E = 1kV/cm 0.03% aller Moleküle klappen unter Feld in Feldrichtung Ohne Feld: Dipolemomente verteilt 1 Debye = 3.33 · 10–30 Cm z.B. l= 1 Å, e=1.6 10-19 C p=1.6 D (HF-Molekül) 3 Kondensator mit Dielektrikum Das Dielektrikum reduziert das Feld durch Polarisation. Die Polarisationsladung sitzt an der Oberfläche und ist: Sie wird charakterisiert durch die elektrische Polarisation Feldreduktion durch Polarisationsladungen Feldverlauf Vakuum + + + + + Isolator Metall - + + + + + -U0 + + - E=0 + + + + + + + + - - + - + - + - -UI -UM 4 Zusammenfassung • Influenz: Ladungstrennung durch ein äußeres elektrisches Feld • Ladungen sind immer auf der Oberfläche von leitenden Körpern, an Spitzen kann es zu Überhöhungen kommen (Spitzenentladung) • Das Innere eines leitenden Körpers ist feldfrei (Faradaykäfig) • Freie Ladungen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt • Elektrische Ladungen können in einem Kondensator (zwei Leiteroberflächen voneinander isoliert) gespeichert werden. Kapazität hängt von Bauform ab • Bei Parallelschaltung von Kondensatoren addieren sich die Kapazität bei der Serienschaltung addieren sich die Kehrwerte der Einzelkapazitäten • Zwei entgegengesetzte Ladungen bilden einen elektrischen Dipol der durch das Dipolmoment beschrieben wird; homogenen Feld Drehung, inhomogenen Feld Drehung und Verschiebung • Durch Polarisation wird das elektrische Feld in Isolatoren abgeschwächt • Verschiebungspolarisation: Feld erzeugt durch Influenz molekulare Dipole • Orientierungspolarisation: Feld richtet polare Moleküle aus 5
