Permittiviteit is de maat die het elektrische veld bepaalt dat wordt geproduceerd door lading in een bepaald medium.
Nu elektrisch veld, $ E $ neemt toe naarmate ε (permittiviteit) neemt af, en E neemt af naarmate ε toeneemt, vanwege de omgekeerde evenredigheid van E met ε.
Praten in materiële (praktische) termen, de permittiviteit – dat is hoeveel E-veld zou zijn toegestaan in een medium is te wijten aan het materiaal van medium. Watermedium heeft bijvoorbeeld watermoleculen, dus wanneer twee ladingen in water worden geplaatst, wordt het veld van de twee ladingen weerstaan door watermoleculen, en dus zou er minder NET-veld worden geproduceerd door de ladingen (vergeleken met wanneer de twee ladingen vacuüm zijn geplaatst), en er zou minder kracht tussen hen zijn.
In vacuüm is er niet zon massa of materieel object. Het zou dus een permittiviteit moeten hebben die 0 nadert (en in feite 0 zelf). Maar de permittiviteit van vrije ruimte (vrije ruimte betekent – geen elektromagnetische golven, geen deeltjes, geen ladingen, niets in de ruimte, alleen absolute ruimte) is 8,85 × 10-¹² F m-¹.
Het is echter een feit dat als ε van vacuüm (vrije ruimte) 0 is, er een oneindige kracht zou zijn tussen twee objecten die in de vrije ruimte worden gehouden, en het is fysiek niet mogelijk. Maar hypothetisch is het mogelijk. (Of is deze hypothese verkeerd?).
Waarom heeft het vacuüm geen permittiviteit van 0?
Reacties
- Welkom bij Fysica SE. Ik heb niet naar beneden gestemd. Je gedachten leidden tot de definitie van een permittiviteit is gelijk aan 1 .
- @StefanBischof Haha. Maak je geen zorgen over een neerwaartse stemming.Welnu, de door u verstrekte link heeft het over Relatieve permittiviteit. Dus zeker voor vacuüm is het 1. Maar in de vraag wordt gevraagd waarom de permittiviteit van vacuüm niet 0 is, en niet over de relatieve permittiviteit.
- Onthoud dat lege ruimte n ‘ t lege ruimte. Het ‘ zit vol met kwantumfluctuaties.
Antwoord
Vacuümpermittiviteit $ \ epsilon_0 $ wordt bepaald door de aard van licht. In vacuüm planten elektromagnetische golven (licht) zich voort met lichtsnelheid $ c_0 $ in vacuüm. Per definitie
$$ \ epsilon_0 = \ frac {1} {µ_0 \ cdot {c_0} ^ 2} $$
Laten we $ µ_0 = 4 \ pi \ cdot 10 ^ {-7} \ frac {H} {m} $ in vacuüm. Aangezien de lichtsnelheid niet oneindig is, zal $ \ epsilon_0 $ niet 0 zijn.
Antwoord
Als gevolg van de gedeeltelijke screening van een lading $ q $ door dipolen die aan het oppervlak kleven, wordt de effectieve lading $$ q _ {\ text {e }} = q \ frac {\ epsilon_0} {\ epsilon} $$
Dit is de definitie van $ \ epsilon $.
In vacuüm is er geen screening, en daarom per definitie $ \ epsilon = \ epsilon_0 $.
Antwoord
Beide voorgaande antwoorden (hoewel correct) zijn enigszins misleidend. Wat $ \ epsilon_0 $ meet, is de sterkte van de elektrische kracht. De kracht tussen twee puntladingen wordt bepaald door de wet van Coulomb, die zegt:
$ F_e = \ dfrac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} \ dfrac {q_1q_2} {r ^ 2} $ , waarbij q staat voor hun kosten en r is de afstand tussen hen. Elektrische krachten bestaan overal in het universum, en $ \ epsilon_0 $ is slechts een fundamentele constante.
Je leek het idee te hebben dat een tussenliggend materiaal zoals water deze kracht vermindert, op de een of andere manier het elektrische veld blokkeert. Het eigenlijke effect is het tegenovergestelde: de aanwezigheid van een materiaal tussen twee ladingen verhoogt hun aantrekkingskracht. Waarom?
Stel je voor dat we een positieve en negatieve lading hebben, gescheiden door een metalen geleider. De ladingen polariseren het materiaal, waardoor sommige elektronen in het materiaal dichter bij de positieve lading komen, zoals hier:
Hoewel de nettolading in het diëlektricum nul is, zullen de ladingen op de elektroden een aantrekkingskracht voelen naast de aantrekkingskracht die al bestaat tussen hen, vanwege het materiaal.
Hoe dan ook, materialen hebben een eigenschap genaamd permittiviteit, die kwantificeert hoeveel ze de kracht tussen twee ladingen vergroten ( $ \ epsilon $ ). Ik denk liever in termen van relatieve permittiviteit, of $ \ kappa $ , een getal zonder eenheid dat de verhouding aangeeft tussen elektrische krachten in een vacuüm versus door een materiaal . Voor een vacuüm $ \ kappa = 1 $ . Verschillende materialen vergroten de elektrische krachten met verschillende hoeveelheden, maar in alle gevallen hebben ze waarden van $ \ kappa $ groter of gelijk aan één.
Voetnoot: zelfs in isolatoren, waar elektronen niet tussen atomen bewegen, wordt dit effect nog steeds waargenomen, doordat elektronenbanen enigszins scheef zijn naar één kant van individuele atomen.
Antwoord
Een andere mogelijke manier om hierover na te denken, vergelijkbaar met de bovenstaande antwoorden. Stel je een geladen deeltje (Q) voor. Per definitie wordt flux door een oppervlak genomen dat het doorsneden veld wordt gegeven als, $$ \ Phi = \ int {\ vec {E} \ cdot d \ vec {A}} $$ Inverse kwadraatwet geassocieerd met de bron van het elektrische veld is, $$ \ vec {E} = \ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} $$ dan kunnen we neem de oppervlakte-integraal ergens buiten de bron, laten we er een omsluitende bol van maken, $$ \ Phi = \ int ^ {\ phi = 2 \ pi} _ {\ phi = 0 } \ int _ {\ theta = 0} ^ {\ theta = \ pi} {\ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} \ cdot r ^ 2 sin \ theta \ d \ phi \ d \ theta \ \ hat {r}} $$ $$ \ Phi = 4 \ pi k_e Q $$ Waar, $ k_e = 1/4 \ pi \ epsilon_0 $ $$ \ Phi = Q / \ epsilon_0 $$
Voor elke ingesloten eindige lading moet de flux zowel niet-nul als niet-oneindig zijn, waardoor de mogelijkheid wordt uitgesloten dat de evenredigheidsconstante ( $ k_e $ ) is nul of oneindig.
Antwoord
Ik zal je vertellen waarom het niet $ 0 $ . Allereerst zou de lichtsnelheid oneindig worden, aangezien deze “is gedefinieerd als
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon_ {0 } \ mu_ {0}}} $$
dit is niet waar, we weten uit verschillende experimenten dat de lichtsnelheid eindig is. Daarnaast is het magnetische veld dat wordt geproduceerd door draad zou $ 0 $ overal
$$ \ textbf {B} = \ frac {\ mu_ zijn {0}} {4 \ pi} \ int_ {C} \ frac {I \ textbf {dl} \ times \ textbf {r “}} {\ textbf {| r” |} ^ {3}} $$
Elektrische kracht uitgeoefend op geladen deeltjes zou oneindig worden
$$ \ textbf {| F |} = \ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon_ {0}} \ frac {| q_ {1} q_ {2} |} {r ^ 2} $$
Van massa-energie-equivalentie $ E = \ sqrt {(m_ {0} c ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2} $ , energie van een deeltje wanneer $ p = 0 $ heeft de neiging om oneindig te zijn en relativistische massa heeft de neiging om massa te rusten $ m = \ frac {m_ {0}} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} $ .