Mitä erilaisia ​​dipoleja on?

Termiä dipoli käytetään fysiikassa ja kemiassa kuvaamaan sähkömagneettista ilmiötä, jossa tietyllä alueella on kaksi napaa tai vastakkaista voimaa. Dipoli voi syntyä monissa eri tilanteissa, mutta useimmat dipolit voidaan luokitella joko sähköisiksi tai magneettisiksi. Sähköisiä dipoleja esiintyy usein kemiassa molekyylidipolimomenttien muodossa – positiivisen ja negatiivisen sähkövarauksen erottaminen molekyylin välillä. Magneettisia dipoleja voidaan havaita tavallisissa magneeteissa ja kompasseissa sekä elektronien ja muiden hiukkasten mikromittakaavaisessa toiminnassa.

Sähkövaraus koostuu kahdesta vastakkaisesta eli polaarisesta voimasta: positiivisesta ja negatiivisesta varauksesta. Nämä kaksi voimaa houkuttelevat toisiaan, kun ne tuodaan läheisyyteen, mutta torjuvat muita vastaavia panoksia – esimerkiksi negatiiviset torjunnat ovat negatiivisia. Aineen varaustyyppi määräytyy sen subatomisten hiukkasten jakautumisen perusteella. Elektronit kantavat negatiivista varausta, kun taas atomien ytimissä olevilla protoneilla on positiivinen varaus.

Molekyylidipoli syntyy, kun molekyylillä on varauksen erotus rakenteensa yli. Esimerkiksi vesimolekyylillä on rakenteellinen järjestely, joka vetää elektroneja molekyylin toiselle puolelle jättäen toiselle puolelle vähemmän elektroneja. Osittainen positiivinen varaus muodostuu siten molekyylin toiseen päähän, kun taas osittainen negatiivinen varaus muodostuu toiseen, mikä tekee molekyylistä polaarisen. Toisin sanoen vesimolekyylissä on molekyylidipoli.

Vesimolekyylin varauksen erotus ei muutu tai katoa ajan myötä, joten sen sanotaan olevan pysyvä dipoli. Väliaikainen suuntaus, jota kutsutaan hetkelliseksi dipoliksi, voi myös muodostua joihinkin molekyyleihin, kun elektronit siirtyvät tilapäisesti yhteen rakenteen osaan. Indusoituja dipoleja esiintyy, kun polaarinen molekyyli vetää puoleensa tai torjuu molekyylin elektroneja.

Magneettiset dipolit muodostavat luonnossa olevien dipolien toisen pääryhmän. Kuten sähköiset dipolit, ne koostuvat kahdesta vastakkaisesta napasta, jotka houkuttelevat toisiaan. Baarimagneetit ja kompassineulat ovat esimerkkejä tämän tyyppisestä järjestelmästä.
Magneetin pohjois- ja etelänapa muodostavat dipolin kohdistamalla magneettikentän. Fyysikot ajattelevat magneettisen dipolin olevan sähkövirran silmukka, joka pyörii akselin ympäri sen suuntautuessa. Esimerkiksi kompassineula pyörii, kunnes se osoittaa pohjoiseen, kohdistaen itsensä maan kenttään. Elektronin spinia atomin ytimen ympärillä pidetään myös magneettisena dipolina.