Permitivitatea este măsura care determină câmpul electric produs de sarcină într-un mediu anume.
Acum câmpul electric, $ E $ crește pe măsură ce ε (permitivitatea) scade, iar E scade pe măsură ce ε crește, datorită proporționalității inverse a lui E cu ε.
Vorbind în termeni materiali (practici), permitivitatea – adică cât de mult câmpul E ar fi permis în un mediu- se datorează materialului de mediu. De exemplu, mediul de apă are molecule de apă, deci atunci când două încărcări sunt plasate în apă, câmpul din cele două sarcini este rezistat de molecule de apă și, astfel, mai puțin câmp NET ar fi produs de sarcini (comparativ cu momentul în care cele două sarcini ar fi au fost plasate în vid) și ar exista o forță mai mică între ele.
În vid, nu există o astfel de masă sau obiect material. Deci ar trebui să aibă permitivitate care se apropie de 0 (și de fapt de 0 în sine). Dar permitivitatea spațiului liber (spațiu liber înseamnă – fără unde electromagnetice, fără particule, fără încărcături, nimic în spațiu, doar spațiu absolut) este de 8,85 × 10-¹² F m-¹.
Deși este un fapt, dacă ε de vid (spațiu liber) ar fi 0, atunci ar exista o forță infinită între două obiecte păstrate în spațiul liber și nu este posibil din punct de vedere fizic. Dar ipotetic este posibil. (Sau această ipoteză este greșită?).
Ce face ca vidul să nu aibă 0 permitivitate?
Comentarii
- Bine ați venit la Fizica SE. Nu am votat în jos. Gândurile dvs. au condus la definirea unei permitivitate egală cu 1 .
- @StefanBischof Haha. Nu vă faceți griji cu privire la votul negativ. ;). Ei bine, linkul furnizat de dvs. vorbește despre permitivitatea Relativă . Deci cu siguranță pentru vid, este 1. Dar în întrebarea se pune de ce permisivitatea vidului nu este 0 și nu despre permisivitatea relativă.
- Rețineți că spațiul gol nu este ‘ t spațiu gol. ‘ este plin de fluctuații cuantice.
Răspuns
Permitivitatea la vid $ \ epsilon_0 $ este definită de natura luminii. În vid undele electromagnetice (lumina) se propagă cu viteza luminii $ c_0 $ în vid. Prin definiție
$$ \ epsilon_0 = \ frac {1} {µ_0 \ cdot {c_0} ^ 2} $$
Fie $ µ_0 = 4 \ pi \ cdot 10 ^ {-7} \ frac {H} {m} $ în vid. Deoarece viteza luminii este nu infinită $ \ epsilon_0 $ nu va fi 0.
Răspuns
În materie, datorită screeningului parțial al unei taxe $ q $ prin dipoli care se lipesc pe suprafața sa, taxa efectivă devine $$ q _ {\ text {e }} = q \ frac {\ epsilon_0} {\ epsilon} $$
Aceasta este definiția lui $ \ epsilon $.
În vid, nu există screening și, prin urmare, prin definiție, $ \ epsilon = \ epsilon_0 $.
Răspuns
Ambele răspunsuri anterioare (deși corecte) sunt oarecum înșelătoare. Ce $ \ epsilon_0 $ măsoară este puterea forței electrice. Forța dintre două puncte de sarcină este stabilită de legea Coulombs, care prevede
$ F_e = \ dfrac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} \ dfrac {q_1q_2} {r ^ 2} $ , unde q reprezintă tarifele lor și r este forța electrică există peste tot în univers și $ \ epsilon_0 $ este doar o constantă fundamentală.
Păreați să aveți noțiunea că un material interpus precum apa scade această forță, cumva blochează câmpul electric. Afectul real este opusul: prezența unui material între două sarcini mărește atracția lor. De ce?
Pretinde că avem o sarcină pozitivă și negativă separată de un conductor metalic. Încărcările vor polariza materialul, determinând o parte din electronii din material să se apropie de sarcina pozitivă, astfel:
Deși sarcina netă în dielectric este zero, sarcinile de pe electrozi vor simți o forță atractivă în plus față de atracția care există deja între ele, datorită materialului.
Oricum, materialele au o proprietate numită permitivitate, care cuantifică cu cât cresc forța dintre două încărcări ( $ \ epsilon $ ). Prefer să gândesc în termeni de permitivitate relativă sau $ \ kappa $ , care este un număr fără unități care oferă raportul dintre forțele electrice în vid față de un material . Prin definiție, pentru un vid, $ \ kappa = 1 $ . Diverse materiale măresc forțele electrice cu diferite cantități, dar în toate cazurile au valori de $ \ kappa $ mai mari sau egale cu una.
Notă de subsol: chiar și în izolatoare, unde electronii nu se mișcă între atomi, acest efect este încă observat, din cauza orbitelor electronilor ușor înclinate către o parte a atomilor individuali.
Răspuns
O altă modalitate posibilă de a gândi la acest lucru, foarte asemănătoare cu răspunsurile de mai sus. Imaginați-vă o particulă încărcată (Q). câmpul tăiat este dat ca $$ \ Phi = \ int {\ vec {E} \ cdot d \ vec {A}} $$ Legea pătratului invers cu sursa câmpului electric este, $$ \ vec {E} = \ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} $$ Atunci putem luați suprafața integrală oriunde în afara sursei, să o transformăm într-o sferă de închidere, $$ \ Phi = \ int ^ {\ phi = 2 \ pi} _ {\ phi = 0 } \ int _ {\ theta = 0} ^ {\ theta = \ pi} {\ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} \ cdot r ^ 2 sin \ theta \ d \ phi \ d \ theta \ \ hat {r}} $$ $$ \ Phi = 4 \ pi k_e Q $$ Unde, $ k_e = 1/4 \ pi \ epsilon_0 $ $$ \ Phi = Q / \ epsilon_0 $$
Pentru orice sarcină finită închisă, fluxul trebuie să fie atât zero cât și non-infinit, excluzând posibilitatea ca constanta de proporționalitate a câmpului ( $ k_e $ ) să fie fie zero, fie infinit.
Răspuns
Vă voi spune de ce nu ar trebui să fie $ 0 $ . În primul rând, viteza luminii ar deveni infinită, deoarece este definită ca
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon_ {0 } \ mu_ {0}}} $$
acest lucru nu este adevărat, știm din diferite experimente că viteza luminii este finită. În plus, câmpul magnetic produs de transportul curentului firul ar fi $ 0 $ peste tot
$$ \ textbf {B} = \ frac {\ mu_ {0}} {4 \ pi} \ int_ {C} \ frac {I \ textbf {dl} \ times \ textbf {r „}} {\ textbf {| r” |} ^ {3}} $$
Forța electrică exercitată asupra particulelor încărcate ar deveni infinită
$$ \ textbf {| F |} = \ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon_ {0}} \ frac {| q_ {1} q_ {2} |} {r ^ 2} $$
Din echivalența masă-energie $ E = \ sqrt {(m_ {0} c ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2} $ , energia unei particule când $ p = 0 $ va tinde spre masa infinită, iar masa relativistă tinde spre masa de repaus $ m = \ frac {m_ {0}} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} $ .