Физический смысл электрической постоянной в законе кулона
Перейти к содержимому

Физический смысл электрической постоянной в законе кулона

  • автор:

Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость и ее физический смысл

Электростатика –это раздел физики, в котором изучается взаимодействие и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета. В основе всего разнообразия явлений природы лежат четыре фундаментальных взаимодействия между элементарными частицами

  • гравитационное,
  • электромагнитное,
  • слабое,
  • сильное.

Электрический заряд – носитель электромагнитного взаимодействия. Фундаментальные свойства зарядов 1. Электрический заряд может быть двух типов: положительный (при трении кожи о стекло) и отрицательный (при трении меха с эбонитом). Тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются друг от друга, тела с зарядами противоположных знаков – притягиваются. 2. Носителями электрического заряда являются заряженные элементарные частицы с элементарным зарядом(Кулон – единица электрического заряда в СИ) протон – носитель положительного заряда (+e), (mp=1,6710 -27 кг ); электрон – носитель отрицательного заряда (–e), (me=9,1110 -31 кг ). Заряд любого другого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда. 3. Фундаментальный закон сохранения электрического заряда (выполняется в любых процессах рождения и уничтожения элементарных частиц): в любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется. 4. Электрический заряд является релятивистcки инвариантным: его величина не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется он или покоится. Итак, зарядить тело положительно – значить отнять у него определенное число электронов, а зарядить отрицательно – сообщить телу определенное число лишних электронов. Отметим, что заряды тел порядка 1 нКл = 10 -9 Кл можно считать уже весьма значительными. Для того чтобы тело имело такой заряд, число электронов в нем должно отличаться от числа протонов на ! штук. Классификация тел в зависимости от концентрации свободных зарядов

  1. Проводники (тела со свободным перемещением зарядов по всему объему);
    1. ПроводникиIрода – металлы (заряды перемещаются без химических превращений);
    2. ПроводникиIIрода – электролиты (перемещение зарядов сопровож­дает­ся химическими превращениями);
  2. Полупроводники (тела с ограниченным перемещением зарядов);
  3. Диэлектрики (тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды);

Единица электрического заряда Кулон – производная от единицы силы тока, это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с (1Кл=1А1с).

Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость и ее физический смысл

Рис. 1. Схема взаимо­дей­ствия точечных зарядов Закон Кулона – закон о взаимодействии точечных зарядов: сила взаимодействия F двух неподвижных точечных зарядов q1 и q2 в вакууме направлена вдоль линии, соединяющей оба заряда, прямо пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропор­ци­ональна квадрату расстояния между ними: , (1) где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения. В системе СИ , — электрическая постоянная. Сила F называется кулоновской силой, она является силой притяжения, если заряды имеют разные знаки (рис.1), и силой отталкивания, если заряды одного знака. Если электрические заряды поместить внутрь диэлектрика, то сила электрического взаимодействия уменьшается в соответствии с выражением: , (2) где — диэлектрическая проницаемость среды, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия точечных зарядов в диэлектрике меньше силы их взаимодействия в вакууме. Значения диэлектрической проницаемости для некоторых веществ

№ пп Вещество
1 Вода 81,0
2 Слюда 7,0
3 Стекло 7,0
4 Трансформаторное масло 2,2
5 Парафин 2,0

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ

(e0) (по старой терминологии — диэлектрич. проницаемость вакуума), физ. постоянная, входящая в ур-ния законов электрич. поля (см. КУЛОНА ЗАКОН) при записи этих ур-ний в рационализованной форме, в соответствии с к-рой образованы электрич. и магн. ед. Международной системы единиц. e0=(m0с2)-1=(107/4pc2) Ф•м-1=8,85418782(7) •10-12 Ф•м-1, где m0— магнитная постоянная. В отличие от диэлектрич. проницаемости e (зависящей от типа в-ва, темп-ры, давления и др. параметров), e0 зависит только от выбора системы ед. В СГС системе единиц (гауссовой) e0=1.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ

(e 0 ) -физ постоянная, входящая в ур-ния законов электрич. поля (напр., в Кулона закон )при записи этих ур-ний в рационализованной форме, в соответствии с к-рой образованы электрич. и магн. единицы Международной системы единиц; по старой терминологии Э. п. называется диэлектрич. проницаемостью вакуума. 469-512_09-10.jpg 469-512_09-11.jpgгде m 0 — магнитная постоянная. В отличие от диэлектрич. проницаемости e, зависящей от типа вещества, темп-ры, давления и др. параметров, Э. п. e 0 зависит только от выбора системы единиц. Напр., в гауссовой СГС системе единиц 469-512_09-12.jpg

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ
  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Электрическая постоянная

В материальных уравнениях, в вакууме, через диэлектрическую постоянную связаны вектор напряжённости электрического поля E:

Через диэлектрическую постоянную осуществляется связь между относительной и абсолютной диэлектрической проницаемостью . Она также входит в запись закона Кулона:

См. также [ ]

  • Магнитная постоянная
  • Скорость света
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Добавить

Диэлектрическая проницаемость и электрическая постоянная

формулки.ру

Электрическая постоянная — характеристика вакуума, она описывает его электрические свойства. А диэлектрическая проницаемость описывает свойства веществ – диэлектриков, ослабляющих взаимодействие зарядов.

Электрическая постоянная

Обозначают ее \(\large \varepsilon_\), она описывает электрические свойства вакуума и является одной из фундаментальных физических постоянных.

Значение электрической постоянной равно:

Совместно с магнитной постоянной (ссылка) \(\large \mu_\) определяет скорость, с которой в вакууме распространяются электромагнитные волны (например, видимый свет).

В формуле закона Кулона присутствует константа «k». Число «k» вычисляют по формуле, которая связывает его с постоянной \(\large \varepsilon_\) так:

Так же, эта константа встречается в формуле, описывающей напряженность электрического поля.

Диэлектрическая проницаемость вещества

Некоторые вещества могут ослаблять взаимодействие зарядов.

Вещества, ослабляющие взаимодействие заряженных частиц, называют изолирующими веществами, или диэлектриками.

Для пояснения рассмотрим электрические свойства дистиллированной воды.

Расположим в вакууме два положительных заряда на некотором расстоянии один от другого, они будут отталкиваться Кулоновскими силами.

Затем, не меняя заряды и расстояние между ними, переместим их в дистиллированную воду. Мы обнаружим, что в воде они будут отталкиваться слабее в 81 раз (рис. 1).

Рис. 1. Два положительных заряда, расположенных на расстоянии r в дистиллированной воде, отталкиваются в 81 раз слабее, чем в вакууме

В нижней части рисунка силы отталкивания зарядов в воде обозначены короткими синими векторами. Длина этих векторов должна быть в 81 раз меньше, чем длина векторов сил в вакууме в верхней части рисунка. Однако, векторы имеют большую длину на рисунке, чем в реальности, так как, если их уменьшить в нужное число раз, то их невозможно будет рассмотреть.

Диэлектрическая проницаемость \(\large \varepsilon\) описывает изолирующие свойства диэлектриков. Она показывает, во сколько раз внутри вещества — диэлектрика ослабляется взаимодействие зарядов.

Ослабление взаимодействия происходит за счет ослабления напряженности электростатического поля в диэлектрике.

Диэлектрическая проницаемость некоторых веществ

Вы можете использовать данные таблички для решения большинства школьных задач физики.

Табличка 1. Диэл. проницаемости некоторых твердых веществ

Для некоторых веществ значения проницаемости округлены. К примеру, существуют стекла, имеющие значение проницаемости 6,0, и в то же время, проницаемость некоторых стекол может достигать значения 10,0. А в таблице для стекла указано среднее значение 8,0.

Табличка 2. Диэл. проницаемости некоторых жидкостей

Чтобы осуществить более серьезные расчеты, не относящиеся к учебным, пожалуйста, воспользуйтесь специализированными справочниками.

Выводы

  1. Существуют отличия между величинами \(\large \varepsilon_\) и \(\large \varepsilon\).
  2. Электрическая постоянная \(\large \varepsilon_\) – описывает электрические свойства вакуума, а диэлектрическая проницаемость \(\large \varepsilon\) – это характеристика вещества.
  3. Коэффициент \(\large \varepsilon\), который показывает, во сколько раз слабее заряды взаимодействуют в веществе по сравнению с вакуумом, называется диэлектрической проницаемостью вещества.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *