La permitividad es la medida que determina el campo eléctrico producido por la carga en un medio en particular.
Ahora el campo eléctrico, $ E $ aumenta a medida que ε (permitividad) disminuye, y E disminuye a medida que ε aumenta, debido a la proporcionalidad inversa de E a ε.
Hablando en términos materiales (prácticos), la permitividad – que es cuánto campo E se permitiría en un medio- se debe al material del medio. Por ejemplo, el medio de agua tiene moléculas de agua, por lo que cuando se colocan dos cargas en el agua, el campo de las dos cargas es resistido por moléculas de agua, por lo que las cargas producirían menos campo NET (en comparación con cuando las dos cargas serían se han colocado en el vacío), y habría menos fuerza entre ellos.
En el vacío, no existe tal masa u objeto material. Por lo tanto, debería tener una permitividad cercana a 0 (y de hecho, a 0). Pero la permitividad del espacio libre (espacio libre significa: sin ondas electromagnéticas, sin partículas, sin cargas, nada en el espacio, solo espacio absoluto) es 8.85 × 10-¹² F m-¹.
Aunque es un hecho, si ε de vacío (espacio libre) es 0, entonces habría una fuerza infinita entre dos objetos que se mantienen en el espacio libre, y físicamente no es posible. Pero hipotéticamente es posible. (¿O es incorrecta esta hipótesis?).
¿Qué hace que el vacío no tenga permitividad 0?
Comentarios
- Bienvenido a Physics SE. No voté en contra. Sus pensamientos llevaron a la definición de una permitividad es igual a 1 .
- @StefanBischof Jaja. No se preocupe por el voto negativo. ;). Bueno, el enlace proporcionado por usted habla sobre la permitividad relativa . Así que definitivamente para el vacío, es 1. Pero en la pregunta se pregunta por qué la permitividad del vacío no es 0, y no sobre la permitividad relativa.
- Tenga en cuenta que el espacio vacío no es ‘ t espacio vacío. Está ‘ está lleno de fluctuaciones cuánticas.
Respuesta
La permitividad del vacío $ \ epsilon_0 $ se define por la naturaleza de la luz. En el vacío, las ondas electromagnéticas (luz) se propagan con la velocidad de la luz $ c_0 $ en el vacío. Por definición
$$ \ epsilon_0 = \ frac {1} {µ_0 \ cdot {c_0} ^ 2} $$
Sea $ µ_0 = 4 \ pi \ cdot 10 ^ {-7} \ frac {H} {m} $ en el vacío. Dado que la velocidad de la luz no infinita, $ \ epsilon_0 $ no será 0.
Respuesta
En realidad, debido al filtrado parcial de una carga $ q $ por dipolos pegados en su superficie, su carga efectiva se convierte en $$ q _ {\ text {e }} = q \ frac {\ epsilon_0} {\ epsilon} $$
Esta es la definición de $ \ epsilon $.
En el vacío, no hay filtrado y, por tanto, por definición, $ \ epsilon = \ epsilon_0 $.
Respuesta
Ambas respuestas anteriores (aunque correctas) son algo engañosas. Lo que mide $ \ epsilon_0 $ es la fuerza de la fuerza eléctrica. La fuerza entre dos cargas puntuales está establecida por la ley de Coulombs, que establece
$ F_e = \ dfrac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} \ dfrac {q_1q_2} {r ^ 2} $ , donde q representa sus cargos y r es el distancia entre ellos. Las fuerzas eléctricas existen en todas partes del universo, y $ \ epsilon_0 $ es simplemente una constante fundamental.
Parecía tener la idea de que un material interpuesto como el agua disminuye esta fuerza, de alguna manera bloquea el campo eléctrico. El efecto real es el contrario: la presencia de un material entre dos cargas aumenta su atracción. ¿Por qué?
Imagina que tenemos una carga positiva y una negativa separadas por un conductor de metal. Las cargas polarizarán el material, haciendo que algunos de los electrones del material se muevan más cerca de la carga positiva, así:
Aunque la carga neta en el dieléctrico es cero, las cargas en los electrodos sentirán una fuerza atractiva además de la atracción que ya existe entre ellos, debido al material.
De todos modos, los materiales tienen una propiedad llamada permitividad, que cuantifica cuánto aumentan la fuerza entre dos cargas ( $ \ epsilon $ ). Prefiero pensar en términos de permitividad relativa, o $ \ kappa $ , que es un número sin unidades que da la relación entre las fuerzas eléctricas en el vacío y las a través de un material. . Por definición, para un vacío, $ \ kappa = 1 $ . Varios materiales aumentan las fuerzas eléctricas en varias cantidades, pero en todos los casos, tienen valores de $ \ kappa $ mayores o iguales a uno.
Nota a pie de página: incluso en los aisladores, donde los electrones no se mueven entre los átomos, este efecto todavía se observa, debido a que las órbitas de los electrones están ligeramente sesgadas hacia un lado de los átomos individuales.
Respuesta
Otra forma posible de pensar en esto, muy similar a las respuestas anteriores. Imagina una partícula cargada (Q). Por definición, flujo tomado a través de una superficie que el campo atraviesa se da como, $$ \ Phi = \ int {\ vec {E} \ cdot d \ vec {A}} $$ Ley del cuadrado inverso asociada con la fuente del campo eléctrico es $$ \ vec {E} = \ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} $$ Entonces podemos tome la integral de superficie en cualquier lugar fuera de la fuente, hagamos «s una esfera envolvente, $$ \ Phi = \ int ^ {\ phi = 2 \ pi} _ {\ phi = 0 } \ int _ {\ theta = 0} ^ {\ theta = \ pi} {\ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} \ cdot r ^ 2 sin \ theta \ d \ phi \ d \ theta \ \ hat {r}} $$ $$ \ Phi = 4 \ pi k_e Q $$ Donde, $ k_e = 1/4 \ pi \ epsilon_0 $ $$ \ Phi = Q / \ epsilon_0 $$
Para cualquier carga finita incluida, el flujo debe ser distinto de cero y no infinito, descartando la posibilidad de que la constante de campo de proporcionalidad ( $ k_e $ ) sea cero o infinito.
Respuesta
Te diré por qué no debería ser $ 0 $ . En primer lugar, la velocidad de la luz sería infinita, ya que se define como
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon_ {0 } \ mu_ {0}}} $$
esto no es cierto, lo sabemos por diferentes experimentos que la velocidad de la luz es finita. Además de eso, el campo magnético producido por el transporte de corriente el cable sería $ 0 $ en todas partes
$$ \ textbf {B} = \ frac {\ mu_ {0}} {4 \ pi} \ int_ {C} \ frac {I \ textbf {dl} \ times \ textbf {r «}} {\ textbf {| r» |} ^ {3}} $$
La fuerza eléctrica ejercida sobre partículas cargadas se volvería infinita
$$ \ textbf {| F |} = \ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon_ {0}} \ frac {| q_ {1} q_ {2} |} {r ^ 2} $$
De la equivalencia masa-energía $ E = \ sqrt {(m_ {0} c ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2} $ , energía de una partícula cuando $ p = 0 $ tenderá a infinito y la masa relativista tiende a reposar masa $ m = \ frac {m_ {0}} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} $ .