Permittivitet er målet som bestemmer det elektriske feltet produsert av ladning i et bestemt medium.
Nå elektrisk felt, $ E $ øker som ε (permittivitet) avtar, og E avtar når ε øker, på grunn av invers proporsjonalitet av E til ε. et medium – skyldes materialet til mediet. For eksempel har vannmedium vannmolekyler, så når to ladninger plasseres i vann, motstandes feltet fra de to ladningene av vannmolekyler, og så vil mindre NET-felt produseres av ladningene (sammenlignet med når de to ladningene ville har blitt plassert i vakuum), og det ville være mindre kraft mellom dem.
I vakuum er det ingen slik masse eller materiell gjenstand. Så den skal ha permittivitet som nærmer seg 0 (og faktisk 0 i seg selv). Men permittivitet av ledig plass (ledig plass betyr – ingen elektromagnetiske bølger, ingen partikler, ingen ladninger, ingenting i rommet, bare absolutt rom) er 8,85 × 10-¹² F m-¹.
Det er et faktum at hvis ε av vakuum (ledig plass) er 0, ville det være uendelig kraft mellom to objekter som holdes i ledig plass, og det er fysisk ikke mulig. Men hypotetisk er det mulig. (Eller er denne hypotesen feil?).
Hva gjør at vakuumet ikke har 0 permittivitet?
Kommentarer
- Velkommen til Fysikk SE. Jeg stemte ikke ned. Tankene dine førte til definisjonen av en permittivitet tilsvarer 1 .
- @StefanBischof Haha. Ikke bekymre deg for nedstemming. ;). Vel, lenken du har gitt, snakker om Relativ permittivitet. Så absolutt for vakuum er det 1. Men i spørsmålet blir det spurt hvorfor er permittivitet av vakuum ikke 0, og ikke om den relative permittiviteten.
- Husk at tomrom ikke er ' t tom plass. Den ' er full av kvantesvingninger.
Svar
Vakuumpermittivitet $ \ epsilon_0 $ er definert av lysets natur. I vakuum forplantes elektromagnetiske bølger (lys) med lyshastighet $ c_0 $ i vakuum. Per definisjon
$$ \ epsilon_0 = \ frac {1} {µ_0 \ cdot {c_0} ^ 2} $$
La være $ µ_0 = 4 \ pi \ cdot 10 ^ {-7} \ frac {H} {m} $ i vakuum. Siden lyshastigheten er ikke uendelig $ \ epsilon_0 $ vil ikke være 0.
Svar
På grunn av delvis screening av en kostnad $ q $ av dipoler som stikker på overflaten, blir den effektive ladningen $$ q _ {\ text {e }} = q \ frac {\ epsilon_0} {\ epsilon} $$
Dette er definisjonen av $ \ epsilon $.
I vakuum er det ingen screening, og dermed per definisjon, $ \ epsilon = \ epsilon_0 $.
Svar
Begge de forrige svarene (skjønt riktige) er noe misvisende. Det $ \ epsilon_0 $ måler er styrken til den elektriske kraften. Kraften mellom topunktsladninger er angitt i Coulombs lov, som sier
$ F_e = \ dfrac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} \ dfrac {q_1q_2} {r ^ 2} $ , hvor q representerer kostnadene deres og r er avstand mellom dem. Elektriske krefter finnes overalt i universet, og $ \ epsilon_0 $ er bare en grunnleggende konstant.
Du syntes å ha forestillingen om at et innlagt materiale som vann reduserer denne kraften, på en eller annen måte blokkerer det elektriske feltet. Den faktiske påvirkningen er det motsatte: tilstedeværelsen av et materiale mellom to ladninger øker deres tiltrekning. Hvorfor?
late som om vi har en positiv og negativ ladning atskilt av en metalleder. Ladningene vil polarisere materialet, noe som får noen av elektronene i materialet til å bevege seg nærmere den positive ladningen, slik:
Selv om nettoladningen i dielektrikumet er null, vil ladningene på elektrodene føles en attraktiv kraft i tillegg til tiltrekningen som allerede eksisterer mellom dem, på grunn av materialet.
Uansett har materialer en egenskap som kalles permittivitet, som kvantifiserer hvor mye de øker kraften mellom to ladninger ( $ \ epsilon $ ). Jeg foretrekker å tenke i form av relativ permittivitet, eller $ \ kappa $ , som er et enhetsløst tall som gir forholdet mellom elektriske krefter i vakuum vs. gjennom et materiale . Per definisjon, for et vakuum, $ \ kappa = 1 $ . Ulike materialer øker de elektriske kreftene med forskjellige mengder, men i alle tilfeller har de verdiene $ \ kappa $ større eller lik en.
Fotnote: Selv i isolatorer, der elektroner ikke beveger seg mellom atomer, blir denne effekten fortsatt observert på grunn av at elektronbanene er litt skjevt til den ene siden av individuelle atomer.
Svar
En annen mulig måte å tenke på dette, veldig lik svarene ovenfor. Se for deg en ladet partikkel (Q). Per definisjon, flux tatt gjennom en overflate som feltet skjærer gjennom er gitt som $$ \ Phi = \ int {\ vec {E} \ cdot d \ vec {A}} $$ Invers kvadratisk lov assosiert med den elektriske feltkilden er $$ \ vec {E} = \ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} $$ Så kan vi ta overflaten integrert hvor som helst utenfor kilden, la oss gjøre det til en omsluttende sfære, $$ \ Phi = \ int ^ {\ phi = 2 \ pi} _ {\ phi = 0 } \ int _ {\ theta = 0} ^ {\ theta = \ pi} {\ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} \ cdot r ^ 2 sin \ theta \ d \ phi \ d \ theta \ \ hat {r}} $$ $$ \ Phi = 4 \ pi k_e Q $$ Hvor, $ k_e = 1/4 \ pi \ epsilon_0 $ $$ \ Phi = Q / \ epsilon_0 $$
For eventuelle begrensede ladninger må strømmen være både null og uendelig, og utelukker muligheten for at feltkonstanten for proporsjonalitet ( $ k_e $ ) er enten null eller uendelig.
Svar
Jeg vil fortelle deg hvorfor det ikke burde være $ 0 $ . Først og fremst vil lysets hastighet bli uendelig siden den er definert som
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon_ {0 } \ mu_ {0}}} $$
dette er ikke sant, vi vet det fra forskjellige eksperimenter at lysets hastighet er endelig. I tillegg til det, magnetfelt produsert av strømførende ledning ville være $ 0 $ overalt
$$ \ textbf {B} = \ frac {\ mu_ {0}} {4 \ pi} \ int_ {C} \ frac {I \ textbf {dl} \ times \ textbf {r «}} {\ textbf {| r» |} ^ {3}} $$
Elektrisk kraft som utøves på ladede partikler vil bli uendelig
$$ \ textbf {| F |} = \ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon_ {0}} \ frac {| q_ {1} q_ {2} |} {r ^ 2} $$
Fra masse-energi-ekvivalens $ E = \ sqrt {(m_ {0} c ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2} $ , energi til en partikkel når $ p = 0 $ vil ha en uendelig og relativistisk masse som har en tendens til å hvile masse $ m = \ frac {m_ {0}} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} $ .