Magnetischer Dipol


Magnetischer Dipol

Ein magnetischer Dipol ist die kleinste Einheit des Magnetismus. Magnetische Monopole (analog zu einzelnen positiven oder negativen elektrischen Ladungen) konnten bisher noch nicht entdeckt werden.[Anm. 1]

Da Dipole sowohl Quelle als auch Senke für Feldlinien sind, ist das magnetische Feld insgesamt immer divergenzfrei.

In der klassischen Elektrodynamik hängt ein magnetischer Dipol immer mit einem Kreisstrom $ I $ zusammen, der die Fläche $ \vec{\Omega} $ umfließt. Er wird als magnetisches Dipolmoment $ \vec{\mu} $ bezeichnet:

$ \vec{\mu} = I \vec{\Omega}. $

In einem äußeren magnetischen Feld $ B $ wirkt auf einen magnetischen Dipol das Drehmoment

$ \vec{M} = \vec{\mu} \times \vec{B}. $

Außerdem wirkt in einem inhomogenen Magnetfeld in erster Ordnung [1] die Kraft:

$ \vec F = - \vec \nabla (- \vec \mu \cdot \vec B) $

mit dem Nabla-Operator $ \nabla. $

Die Dipolmomente, die in Materie vorhanden sind (Ferro-, Antiferro- und Paramagnetismus) oder erst beim Einschalten des Feldes erzeugt werden (Diamagnetismus), bestimmen die magnetischen Eigenschaften eines Stoffes.

Ein magnetisches Dipolmoment wird je nach Anwendung in der Einheit erg/G oder auch in Einheiten der Elementardipole angegeben. Zum Beispiel ist das Bohrsche Magneton das magnetische Dipolmoment, das ein Elektron aufgrund eines elementaren Bahndrehimpulses erzeugt.

Elementardipole haben in der Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik eine große Bedeutung. Viele bekannte Elementarteilchen, wie z. B. Elektron, Proton und Neutron haben konstante magnetische Dipolmomente, die sich zum magnetischen Kernmoment und zum magnetischen Dipolmoment des gesamten Atoms zusammensetzen.

Ein elementares Dipolmoment kann in einem äußeren Feld nur diskrete Richtungen einnehmen. Siehe dazu: Stern-Gerlach-Versuch, normaler und anomaler Zeeman-Effekt, Kern- und Elektronenspinresonanz.

Anmerkung

  1. Magnetische Monopole sind nicht grundsätzlich ausgeschlossen, sie werden von einigen Großen vereinheitlichten Theorien vorhergesagt.

Einzelnachweise

  1. Kapitel 3.3.2 in: Wolfgang Nolting, Grundkurs Theoretische Physik 3, 8. Auflage Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, ISBN 978-3-540-71251-0

Fachliteratur

  • Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main, 2000, ISBN 3-8171-1628-4