Dipol

En dipol (gresk δίς (dis) = to, πόλος (pólos) = akse) i fysikken kan være elektrisk bestående av to nærligggende, motsatt elektriske ladninger eller magnetisk bestående av en elektrisk strøm som går i en liten, lukket sløyfe.
Enhver dipol kan tilordnes en positiv og en negativ «pol» eller «ladning». Den beskrives matematisk som en vektoriell størrelse som kalles dipolmomentet med retning fra den negative til den positive polen. For en magnetisk dipol kalles den positive polen for en «nordpol» N, mens den negative polen kalles for «sydpol» S.
Mange molekyl som er sammensatt av forskjellige atomer, har ofte elektriske dipolmoment. Hvert elektron som går i en lukket bane i et atom, skaper  en magnetisk dipol. I tillegg har elektronet selv et slikt magnetisk moment på samme måte som de fleste atomkjerner. Dette skyldes deres spinn som er en kvantemekanisk effekt.
Jordens magnetfelt kan med god nøyaktighet forklares ved eksistensen av en magnetisk dipol i Jordens midte forårsaket av elektriske strømmer  i dens indre. Denne dipolen har sin nordpol i nærheten av Sydpolen, mens dens magnetiske sydpol ligger litt vest for Nordpolen.
Elektriske og magnetiske dipoler kan defineres ved en multipolutvikling. Har man en lokalisert fordeling av elektrisk ladning, vil det elektriske potensialet i et punkt med avstand r, kunne skrives som en rekkeutvikling i potenser av 1/r. Første ledd kalles en elektrisk monopol og avtar som 1/r med avstanden. Denne er proporsjonal med den totale ladningen og gir opphav til et Coulomb-potensial. Neste ledd avtar som 1/r ²  og skyldes det elektriske dipolmomentet til ladningsfordelingen.
For en lokalisert fordeling av elektriske strømmer vil derimot det første monopolleddet i en tilsvarende rekkeutvikling bli null. I vanlig, elektromagnetisk teori kan ikke  magnetiske monopoler opptre. Derimot vil det neste leddet i rekkeutviklingen bidra, og dette kalles for det magnetiske dipolmomentet for strømfordelingen. Etter dipolleddene kommer bidrag fra kvadrupoler hvis effekt avtar enda raskere med avstanden.
Elektriske og magnetiske dipoler med moment som varierer med tiden, vil sende ut elektromagnetisk stråling med en bestemt fordeling i rommet. Dette benyttes ved bruk av dipolantenner.

Molekylære dipolmoment

Molekyl er sammensatt av flere atomer ved kjemisk bindinger. Disse skyldes vanligvis utveksling av et eller flere elektron. Dette har alltid en viss tilbøylighet å bli trukket mot det ene eller andre atomet i forskjellig grad. Resultatet kan bli en liten forflytning av elektrisk ladning i molekylet. En slik ubalanse i ladningsfordelingen gir opphav til et permanent dipolmoment.
I symmetriske molekyl som  O₂ eller  N₂ vil ikke et slikt dipolmoment kunne oppstå. Men i et molekyl bestående av to forskjellige atomer som for eksempel HCl, vil elektronet i hydrogenatomet H trekkes mot kloratomet Cl som dermed blir negativt ladet og danner den ene enden av en elektrisk dipol. Det resulterende dipolmentet for HCl er 1.03 D.
Mens bindingen i molekylet HCl er kovalent, er den kjemiske bindingen i koksalt NaCl hovedsakelig ionisk. Da denne er sterkere enn den kovalente, blir også dette molekylet mer polarisert og får derfor et større dipolmoment på 8.5 D.
Oksygenatomene i kulldioksyd CO₂  ligger på en linje symmetrisk på hver side av kullatomet C slik at dette molekylet ikke har noe dipolmoment. Derimot i vannmolekylet H₂O  som er holdt sammen av hydrogenbindinger,  utspenner de to hydrogenatomene  en vinkel på 104° på hver side av oksygenatomet som trekker deres elektroner mot seg. Det dannes dermed en asymmetrisk ladningsfordeling slik at vannmolekylet får et dipolmoment på 1.85 D.

Jordmagnetisme

Det var Gilbert som allerede i 1600 foreslo at det Jorden selv er en gigantisk magnet. Vel to hundre år senere foreslo Ampère at denne er en magnetisk dipol som skyldes elektriske strømmer i Jordens indre. I dag er denne hypotesen  for det jordmagnetiske feltet i stor grad bekreftet. Størrelsen av dipolen er målt å være nesten 10²³  A·m².
Da retning N på en kompassnål er definert å peke mot nord og motsatt poler tiltrekker hverandre, betyr det at det er sydpolen S til den jordmagnetiske dipol som befinner seg i nærheten av Nordpolen. Og på samme måte befinner nordpolen N til dipolen seg i nærheten av den geografiske Sydpolen.
De geomagnetiske strømmene forandrer seg hele tiden. Det betyr at den jordmagnetiske dipolen også langsomt beveger seg. Den magnetiske nordpolen vil derfor forflytte seg, noe som må tas hensyn til ved bestemmelse av misvisningen på hvert sted.
Over mye lengre tidsrom av størrelsesorden millioner av år har dipolen fullstendig forandret retning. Det kalles en magnetisk polvending. Da misvisningen forandrer seg raskere i dag enn tidligere, kan det tyde at vi langsomt går mot en ny slik reversering av de magnetiske polene.