Aus dem Coulombschen Gesetz wissen wir, dass $ \ epsilon_0 $ Permittivität im freien Raum bedeutet . Die Einheit ist $ \ rm C ^ 2 N ^ {- 1} M ^ {- 2} $ (Coulomb-Quadrat pro Newton pro Quadratmeter). Aber was bedeutet es physikalisch ?
Zum Beispiel bedeutet 1 Pa Druck 1 Newton Kraft, die senkrecht auf 1 Quadratmeter Fläche ausgeübt wird. Kann jemand auf ähnliche Weise $ \ epsilon_0 $ beschreiben?
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Es stammt aus Coulombs elektrostatischem Gesetz:
$$ F = \ frac {1} {4 \, \ pi \, \ epsilon_0} \, \ frac {q_1 \, q_2} {r ^ 2} $$
für die Kraft zwischen zwei Ladungen $ q_1, \, q_2 $ um einen Abstand $ r $ beabstandet.
Also ist $ (4 \, \ pi \, \ epsilon_0) ^ {- 1} $ einfach die Kraft zwischen zwei Ladungen von je einem Coulomb ein Abstand von 1 Meter. Das $ {\ rm C ^ 2} $ in der Einheitendefinition bedeutet, dass, wenn eine der Ladungen mit einem Faktor multipliziert wird, die Kraft proportional skaliert: Wenn beide mit demselben Faktor multipliziert werden, die Kraft Skaliert also um diesen quadratischen Faktor (siehe rechte Seite der Gleichung). Ebenso bedeutet $ {\ rm m ^ {- 2}} $ in der Definition, dass die Kraft umgekehrt mit dem quadratischen Abstand skaliert (ebenfalls ein Druck) hat $ m ^ {- 2} $ in seinen Einheiten, denn wenn Sie die Seitenlängen des Quadrats multiplizieren, wirkt eine Kraft o n, Sie verringern die Kraft um diesen Faktor im Quadrat). Wenn Sie also die Gleichung als $ F r ^ 2 \, q_1 ^ {- 1} \, q_2 ^ {- 1} = (4 \, \ pi \, \ epsilon_0) ^ {- 1} $ auf beiden Seiten neu anordnen müssen die gleichen Einheiten haben, daher die Einheiten, die Sie sehen.
Warum wir die Skalierungskonstante $ (4 \, \ pi \, \ epsilon_0) ^ {- 1} $ nennen, anstatt einige einfache Konstante $ G $, nun, das ist einfach Geschmackssache. Es erleichtert das Schreiben einer anderen Form des Gesetzes (Gaußsches Gesetz). Aber ein perfekt definiertes System physikalischer Konstanten hätte definiert werden können, wobei die Konstante auf „einfachere“ Weise definiert wurde. In Newtons universellem Gravitationsgesetz (das auch ein inverses Quadratgesetz ist) ist dies der Weg, den wir launischen Physiker historisch gewählt haben!
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Möglicherweise eine etwas einfacher zu verfolgende Antwort, basierend auf der Quora-Website
Die Permittivität von Freiraum ist eine Zahl, mit der wir beschreiben können, wie leicht (oder wie schwierig) es für elektrische Kraftlinien ist, durch Luft, Wasser oder ein anderes Medium zu gelangen.
Es wird Permittivität genannt, weil eine bestimmte Substanz elektrische (oder im Fall von Magnetismus magnetische) Feldlinien durch sie „zulässt“.
Stellen Sie sich eine positive Ladung im freien Raum vor. Sie wissen, dass alle ihre Kraftlinien mit gleichen Abständen nach außen gerichtet sind. Wenn wir jedoch ein Material platzieren, durch das elektrische Feldlinien leichter verlaufen als Freiraum, als seine Permittivität im Vergleich zum Freiraum größer ist und daher mehr elektrische Kraftlinien durch ihn verlaufen, und was noch wichtiger ist, er variiert mit der Variation des Mediums.
Bei einigen Substanzen werden sie von elektrischen Feldlinien leicht durchlaufen, bei anderen werden sie je nach Zusammensetzung nicht verwendet.