Dipol im homogenen Feld

Kurzbeschreibung

Der Dipol besteht aus einem Paar bronzierter Tischtennisbälle, die durch Isoliermaterial miteinander verbunden sind und einen Abstand von ca. 10 cm voneinander haben. Er wird an einem dünnen Faden in der Mitte zwischen zwei Platten aufgehängt und von unten mit einem Magneten stabilisiert. Die Platten werden mit der Influenzmaschine verbunden und aufgeladen. (Alternativ kann hierzu auch ein Hochspannungsgerät +/- 5KV genutzt werden). Da das Gelingen des Versuches von der Symmetrie der Ladungen abhängt wird folgendes Verfahren angewandt: Man vebindet die beiden Bronzekugeln mit einer leitenden Gabel. Dadurch erhält man aufgrund der angelegten Spannung an den Platten eine Ladungsverschiebung im System der Tischtennisbälle. Entfernt man nun die Gabel, so erreicht man durch Ladungstrennung im homogenen Feld zwei symmetrisch geladene Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens. Also einen Dipol dessen Reaktion im homogenen Feld gezeigt weden kann.
Durch Umpolen des an die Platten angelegten Feldes wirkt ein Drehmoment auf den Dipol und dieser dreht sich um 180 Grad.

Betriebsanleitungen: Lampen, Elektrogeräte,Influenzmaschine

Physikalische Erklärung

Ein elektrischer Dipol besteht aus zwei entgegengesetzten, aber gleichgroßen Ladungen Q = Q1 = −Q2 im Abstand d, wobei d der Abstand von −Q bis +Q ist.
Er wird charakterisiert durch sein Dipolmoment p = Q · d . Das Dipolmoment zeigt definitionsgemäß von der negativen zur positiven Ladung. Das Drehmoment auf den Dipol führt zu einer potentiellen Energie im elektrischen Feld. Normiert man diese Energie auf Null für die Stellung senkrecht zum Feld (gleichwertig mit dem Fall ohne Feld) so ist die potentielle Energie durch W_P=-pE cos φ = -p · E gegeben. φ steht hierbei für den Winkel zwischen Dipolmoment und Feld. Die potentielle Energie ist also minimal, wenn p und E parallel sind. Wenn der Dipol nicht durch andere Kräfte daran gehindert wird stellt er sich also im Feld selbst ein.

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