Tillstånd är det mått som bestämmer det elektriska fältet som produceras av laddning i ett visst medium.
Nu elfält, $ E $ ökar som ε (permittivitet) minskar, och E minskar när ε ökar på grund av omvänd proportionalitet mellan E och ε.
I materiella (praktiska) termer talar permittiviteten – det är hur mycket E-fält skulle tillåtas i ett medium – beror på materialet i mediet. Till exempel har vattenmedium vattenmolekyler, så när två laddningar placeras i vatten motstår fältet från de två laddningarna av vattenmolekyler, och så skulle mindre NET-fält produceras av laddningarna (jämfört med när de två laddningarna skulle har placerats i vakuum) och det skulle finnas mindre kraft mellan dem.
I vakuum finns det inget sådant massa eller materialföremål. Så det borde ha permittivitet som närmar sig 0 (och faktiskt 0 själv). Men permittiviteten för fritt utrymme (fritt utrymme betyder – inga elektromagnetiska vågor, inga partiklar, inga laddningar, ingenting i rymden, bara absolut utrymme) är 8,85 × 10-¹² F m-¹.
Det är dock ett faktum att om ε av vakuum (fritt utrymme) är 0, så skulle det finnas oändlig kraft mellan två objekt som hålls i fritt utrymme, och det är fysiskt inte möjligt. Men hypotetiskt är det möjligt. (Eller är denna hypotes fel?).
Vad gör att vakuumet inte har 0 permittivitet?
Kommentarer
- Välkommen till Fysik SE. Jag nedröstade inte. Dina tankar ledde till definitionen av en permittivitet är lika med 1 .
- @StefanBischof Haha. Oroa dig inte för nedröstning. ;). Nåväl, länken från dig talar om Relativ permittivitet. Så definitivt för vakuum är det 1. Men i frågan frågas det varför är permittivitet av vakuum inte 0, och inte om den relativa permittiviteten.
- Tänk på att tomt utrymme inte är ’ t tomt utrymme. Den ’ är full av kvantfluktuationer.
Svar
Vakuumpermittivitet $ \ epsilon_0 $ definieras av ljusets natur. I vakuum sprids elektromagnetiska vågor (ljus) med ljusets hastighet $ c_0 $ i vakuum. Per definition
$$ \ epsilon_0 = \ frac {1} {µ_0 \ cdot {c_0} ^ 2} $$
Låt vara $ µ_0 = 4 \ pi \ cdot 10 ^ {-7} \ frac {H} {m} $ i vakuum. Eftersom ljusets hastighet är inte oändlig $ \ epsilon_0 $ kommer inte att vara 0.
Svar
På grund av partiell screening av en avgift $ q $ av dipoler som sticker fast på dess yta blir den effektiva laddningen $$ q _ {\ text {e }} = q \ frac {\ epsilon_0} {\ epsilon} $$
Detta är definitionen av $ \ epsilon $.
I vakuum finns det ingen screening, och därmed per definition $ \ epsilon = \ epsilon_0 $.
Svar
Båda de tidigare svaren (även om de är korrekta) är något missvisande. Vad $ \ epsilon_0 $ mäter är styrkan i den elektriska kraften. Kraften mellan tvåpunktsladdningar anges av Coulombs lag, som säger
$ F_e = \ dfrac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} \ dfrac {q_1q_2} {r ^ 2} $ , där q representerar deras avgifter och r är avståndet mellan dem. Elektriska krafter finns överallt i universum och $ \ epsilon_0 $ är bara en grundläggande konstant.
Du verkade ha uppfattningen att ett inlagrat material som vatten minskar denna kraft, på något sätt blockerar det elektriska fältet. Den verkliga påverkan är motsatt: närvaron av ett material mellan två laddningar ökar deras attraktion. Varför?
Låtsas att vi har en positiv och negativ laddning åtskilda av en metallledare. Laddningarna kommer att polarisera materialet och orsaka att några av elektronerna i materialet rör sig närmare den positiva laddningen, så här:
Även om nettoladdningen i dielektriket är noll, kommer laddningarna på elektroderna att känna en attraktiv kraft utöver den attraktion som redan finns mellan dem på grund av materialet.
Hur som helst, material har en egenskap som kallas permittivitet, vilket kvantifierar hur mycket de ökar kraften mellan två laddningar ( $ \ epsilon $ ). Jag föredrar att tänka i termer av relativ permittivitet, eller $ \ kappa $ , vilket är ett enhetslöst tal som ger förhållandet mellan elektriska krafter i vakuum kontra genom ett material . Per definition, för ett vakuum, $ \ kappa = 1 $ . Olika material ökar de elektriska krafterna i olika mängder, men i alla fall har de värdena $ \ kappa $ större eller lika med ett.
Fotnot: även i isolatorer, där elektroner inte rör sig mellan atomer, observeras denna effekt fortfarande på grund av att elektronbanor är något sneda mot ena sidan av enskilda atomer.
Svar
Ett annat möjligt sätt att tänka på detta, mycket liknande svaret ovan. Tänk dig en laddad partikel (Q). Per definition tas flödet genom någon yta som fältet skär igenom ges som, $$ \ Phi = \ int {\ vec {E} \ cdot d \ vec {A}} $$ Invers kvadratisk lag associerad med den elektriska fältkällan är $$ \ vec {E} = \ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} $$ Då kan vi ta ytan integrerad var som helst utanför källan, låt oss göra det till en omslutande sfär, $$ \ Phi = \ int ^ {\ phi = 2 \ pi} _ {\ phi = 0 } \ int _ {\ theta = 0} ^ {\ theta = \ pi} {\ frac {k_e Q} {r ^ 2} \ hat {r} \ cdot r ^ 2 sin \ theta \ d \ phi \ d \ theta \ \ hat {r}} $$ $$ \ Phi = 4 \ pi k_e Q $$ Var, $ k_e = 1/4 \ pi \ epsilon_0 $ $$ \ Phi = Q / \ epsilon_0 $$
För alla slutna laddningar som är slutna måste flödet vara både noll och icke-oändligt, vilket utesluter möjligheten att fältkonstanten för proportionalitet ( $ k_e $ ) är antingen noll eller oändlig.
Svar
Jag berättar varför det inte borde vara $ 0 $ . Först och främst skulle ljusets hastighet bli oändlig eftersom den definieras som
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon_ {0 } \ mu_ {0}}} $$
detta är inte sant, vi vet att det från olika experiment är att ljusets hastighet är ändlig. Dessutom magnetfält producerat av strömförande tråd skulle vara $ 0 $ överallt
$$ \ textbf {B} = \ frac {\ mu_ {0}} {4 \ pi} \ int_ {C} \ frac {I \ textbf {dl} \ times \ textbf {r ”}} {\ textbf {| r” |} ^ {3}} $$
Elektrisk kraft som utövas på laddade partiklar skulle bli oändlig
$$ \ textbf {| F |} = \ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon_ {0}} \ frac {| q_ {1} q_ {2} |} {r ^ 2} $$
Från massa-energiekvivalens $ E = \ sqrt {(m_ {0} c ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2} $ , energi från en partikel när $ p = 0 $ tenderar att oändlig och relativistisk massa tenderar att vila massa $ m = \ frac {m_ {0}} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} $ .