Vad är en magnetisk dipol?

En magnetisk dipol kan betraktas som den grundläggande observerbara enheten för magnetism. Mest intuitivt består en dipol av två lika men motsatt laddade punkter, eller poler. Interaktionen mellan dessa två laddade monopoler genererar ett vektorkraftfält i det omgivande området, känt som ett magnetfält. Bekanta exempel på magnetiska dipoler inkluderar stångmagneter, elektroner och själva planeten jorden.

Även om det ofta är enklast att betrakta magnetiska material som stavmagneter som att de har två monopoler av elektrisk laddning, är denna modell misslyckad med att beskriva beteendet inom en magnet. Dessutom har monopoler aldrig observerats. Snarare är monopoler hypotetiska partiklar. Intressant nog har förekomsten av monopoler postulerats av teoretisk fysik, och monopolernas existens och natur har varit en aktiv öppen fråga inom vetenskapen.

En andra modell med vilken man kan överväga magnetiska dipoler är den för strömslingor. Hans Christian Oersted upptäckte 1820 att en sluten elektrisk krets, eller sluten strömkrets, genererar ett magnetfält. Det gjorde han genom att placera en elektriskt laddad tråd nära en kompass och märka att kompassnålen rörde sig. Strömslingan skapade ett magnetfält som påverkade den magnetiska nålen, eller dipolen, i kompassen. Dipolen hos ett magnetiskt material såsom en stavmagnet kan modelleras genom att föreställa sig strukturen som fylld med små strömslingor. Modeller som använder dessa strömslingor förutsäger beteendet inom magnetiska material med stor framgång.

Styrkan hos en dipol mäts som det magnetiska dipolmomentet. Momentet är en vektor, vilket betyder att det har en magnitud, eller storlek, såväl som en riktning. När man betraktar magnetiska poler, såsom de i en stavmagnet, definieras det magnetiska momentet (m) som styrkan hos polerna (p) multiplicerat med avståndet mellan polerna (L), vilket kan representeras av ekvationen m = pL. Momentets riktning pekar från magnetens sydpol till dess nordpol.

Det magnetiska momentet kan också definieras för en magnetisk dipol skapad av en elektrisk ström. I detta fall är det magnetiska momentet lika med strömmen (I) multiplicerat med arean inom strömslingan (s), vilket kan representeras av ekvationen m = Is. Riktningen för detta ögonblick kan bestämmas av högerregeln. För att använda den här regeln håller en person sin högra hand framåt och låter sina fingrar böja sig eller sluta sig till en knytnäve i samma riktning som strömmen. Personens högra tumme, om den hålls rak, kommer att peka i riktning mot det magnetiska dipolmomentet.