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2024-05-04T15:48:30Z

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[[Datei:VFPt dipoles magnetic.svg|mini|380px|Magnetfeldlinien verschiedener magnetischer Dipole: Punktdipol, [[Magnetischer Monopol|magnetische Pole]], kreisförmige [[Leiterschleife]] und [[Zylinderspule]].]]
Ein '''magnetischer Dipol''' ist die einfachste beobachtete Form, in der [[Magnetismus]] auftritt. Alle komplizierteren magnetischen Strukturen lassen sich aus [[Dipol (Physik)|Dipolen]] zusammensetzen.

== Abwesenheit magnetischer Ladungen ==
Magnetische [[Feldlinie]]n haben keine Enden. Das [[Magnetismus#Magnetfelder und Feldlinien|magnetische Feld]] ist immer quellenfrei, d. h. [[Divergenz eines Vektorfeldes|divergenzfrei]].

Über [[magnetischer Monopol|magnetische Monopole]] (analog zu einzelnen positiven oder negativen elektrischen Ladungen) wird spekuliert, es konnten aber bisher keine entdeckt werden.<ref group="Anm.">Magnetische Monopole als Elementarteilchen sind nicht grundsätzlich ausgeschlossen, sie werden von einigen ''[[Große vereinheitlichte Theorie|großen vereinheitlichten Theorien]]'' vorhergesagt. In bestimmten Festkörpern sind scheinbare „magnetische Monopole“ als [[Quasiteilchen]] nachgewiesen worden (siehe Weblinks); dabei treten aber stets gleich viele und gleich starke Nord- und Südpole auf.</ref> Zwar können bei handelsüblichen [[Stabmagnet|Stab-]] oder [[Hufeisenmagnet]]en wie auch bei langen [[Magnetspule]]n die beiden Enden näherungsweise einzeln als [[Magnetismus#Nord- und Südpol|magnetischer Nord- bzw. Südpol]] angesprochen werden. Beim Versuch, die Pole eines Magneten voneinander zu trennen, indem man ihn in der Mitte auseinanderbricht, ergibt sich aber an der Schnittstelle je ein neuer Nord- und Südpol, sodass jedes Bruchstück wieder einen Dipol bildet.

== Vorkommen und Bedeutung magnetischer Dipole ==
Nach der klassischen [[Elektrodynamik]] kann ein magnetisches Dipolfeld von einem Kreisstrom <math>I</math> erzeugt werden, der eine Fläche <math>\vec{\Omega}</math> umfließt. Sein [[magnetisches Dipolmoment]] <math>\vec{m}</math> (alternativ auch <math>\vec{\mu}</math>) ist:

:<math>\vec{m} = I \vec{\Omega}</math>

Außerdem sind alle bisher bekannten [[Elementarteilchen]], sofern sie elektrisch geladen sind und einen von Null verschiedenen Eigendrehimpuls ([[Spin]]) haben, auch magnetische Dipole mit einem je nach Teilchenart unterschiedlichen Dipolmoment. Dazu gehören [[Quark (Physik)|Quarks]] und [[Elektron]]en und damit auch die meisten daraus aufgebauten [[Atomkern]]e und [[Atom]]e. Diese Dipole sind wichtig in der [[Atomphysik|Atom-]], [[Kernphysik|Kern-]] und [[Elementarteilchenphysik]].

Die Beobachtung der [[Richtungsquantelung]], nach der ein elementares Dipolmoment zu einem äußeren Magnetfeld nur bestimmte Winkel annehmen kann, hat wesentlich zur Aufklärung der Struktur von Teilchen und Atomen beigetragen. Siehe dazu: [[Magnetisches Moment#Intrinsisches magnetisches Moment von Teilchen|magnetisches Moment von Teilchen und Kernen]], [[Stern-Gerlach-Versuch]], normaler und anomaler [[Zeeman-Effekt]], [[Kernspinresonanz|Kern-]] und [[Elektronenspinresonanz]].

== Feld des Dipols ==
Ein magnetischer Dipol erzeugt ein Magnetfeld, an einem Ort <math>\vec{r}</math> in größerer Entfernung gegeben durch die [[magnetische Flussdichte]]
:<math>\vec{B}(\vec{r})\,=\,\frac{\mu_0}{4 \pi r^2}\,\frac{3\vec{r}(\vec{m}\cdot\vec{r}) - \vec{m}r^2}{r^3}\ .</math>
<math>r</math> ist dabei der Betrag <math>|\vec{r}|</math> von <math>\vec{r}</math>, <math>\mu_0</math> ist die [[magnetische Feldkonstante]] und <math>4\pi r^2</math> ist die Kugeloberfläche im Abstand <math>r</math>.

Diese Formel gilt unabhängig von der Form und der Größe der Stromschleife, der Magnetspule, des Stabmagneten oder des Atoms, wenn <math>r</math> groß gegenüber deren räumlicher Ausdehnung ist.

== Dipol im Feld ==

In einem äußeren magnetischen Feld <math>\vec{B}</math> wirkt auf einen magnetischen Dipol das [[Drehmoment]]

:<math>\vec{M} = \vec{m} \times \vec{B} ,</math>

und er hat eine vom Winkel zur Feldrichtung abhängige potentielle Energie

:<math>E_{\mathrm{pot}} = -\vec{m} \cdot \vec{B} .</math>

Ist das Feld [[inhomogen]], wirkt in erster Ordnung<ref>Wolfgang Nolting: ''Grundkurs Theoretische Physik 3.'' Kapitel 3.3.2. 8. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, ISBN 978-3-540-71251-0.</ref> die [[Kraft]]

:<math>\vec F = \left(\vec \nabla \otimes \vec B\right) \vec m </math>

mit dem [[Nabla-Operator]] <math>\nabla</math>.

Die magnetischen Eigenschaften eines Stücks [[Materie (Physik)|Materie]] werden durch die magnetischen Dipole bestimmt, die darin mit konstanter Größe schon vorhanden sind (so bei [[Ferromagnetismus|Ferro-]], [[Antiferromagnetismus|Antiferro-]] und [[Paramagnetismus]]) oder erst beim Einschalten des Feldes erzeugt werden ([[Diamagnetismus]]).

== Anmerkung ==
<references group="Anm." />

== Einzelnachweise ==
<references />

== Literatur ==
* [[Horst Stöcker]]: ''Taschenbuch der Physik.'' 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main, 2000, ISBN 3-8171-1628-4.

[[Kategorie:Magnetismus]]

Magnetischer Dipol - Versionsgeschichte

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