Электрическая постоянная

Материал из Викизнание

Электри́ческая постоя́нная, называемая ранее диэлектрической проницаемостью вакуума — физическая константа, скалярная величина, которая:

определяет напряжённость и потенциал электромагнитного поля в вакууме;
входит в выражения некоторых законов электромагнетизма, при записи их в форме, соответствующей Международной системе единиц (СИ).

Электрическая постоянная имеет размерность фарада на метр.

Содержание

1 Определение
2 Применение
3 Выражение через параметры вакуумного поля
4 См. также
5 Примечания
6 Внешние ссылки

Определение

Электрическая постоянная $\varepsilon _{0}$ определяется через скорость света и магнитную постоянную $\mu _{0}$ : ^[1]

$\varepsilon _{0}\,{\overset {{\underset {{\mathrm {def}}}{}}}{=}}\,{\frac {10^{7}}{4\pi \ c^{2}}}\equiv {\frac {1}{\mu _{0}c^{2}}}\approx 8,854187817\times 10^{{-12}}$ Ф/м.

Применение

Электрическая постоянная появляется в вакуумных уравнениях Максвелла, описывающих свойства электрических и магнитных полей, а также электромагнитного излучения, и связывает поля с их источниками.

В веществе используются материальные уравнения электромагнитного поля, при этом вектор электрической индукции D выражается через электрическую постоянную, вектор напряжённости электрического поля E и вектор электрической поляризации P:

${\mathbf {D}}=\varepsilon _{0}\ {\mathbf {E}}+{\mathbf {P}}.$

Как правило можно считать, что ${\mathbf P}=\varepsilon _{0}\chi {\mathbf E}$ , где величина $\chi$ представляет собой тензор и называется электрической поляризуемостью. Данное выражение означает, что вектор электрической поляризации как некоторая реакция вещества порождается вектором напряжённости электрического поля в веществе, причём направления этих векторов могут не совпадать.

В слабом поле величина $\chi$ имеет особое название диэлектрическая восприимчивость и является почти постоянной, зависящей от типа вещества и его состояния. В этом случае можно записать:

${\mathbf {D}}=\varepsilon _{0}\ {\mathbf {E}}+\varepsilon _{0}\chi {\mathbf E}=\varepsilon _{0}(1+\chi ){\mathbf E}=\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}{\mathbf E}=\varepsilon _{a}{\mathbf E}.$

Произведение электрической постоянной на относительную диэлектрическую проницаемость $\varepsilon _{r}$ в этом выражении называется абсолютной диэлектрической проницаемостью $\varepsilon _{a}$ .

Электрическая постоянная входит в запись закона Кулона, дающего выражение для силы, действующей между двумя электрическими зарядами:

${\mathbf {F}}_{{12}}={\frac {q_{1}q_{2}}{4\pi \varepsilon _{0}r_{{12}}^{2}}}{\frac {{\mathbf {r}}_{{12}}}{r_{{12}}}},$

где $r_{{12}}$ есть расстояние между зарядами $q_{1}$ и $q_{2}$ . Если ${\mathbf {r}}_{{12}}$ есть вектор, направленный от заряда $q_{1}$ к заряду $q_{2}$ , то сила ${\mathbf {F}}_{{12}}$ будет силой, действующей на заряд $q_{2}$ со стороны заряда $q_{1}$ . Из выражения для силы видно, что электрическая постоянная в системе физических единиц СИ связывает электрический заряд с механическими единицами, такими как сила и расстояние.

Выражение через параметры вакуумного поля

В концепции силового вакуумного поля ^[2] предполагается, что электрогравитационный вакуум заполнен потоками частиц, создающих гравитационные и электромагнитные силы между телами. В частности, за возникновение силы Кулона между зарядами считаются ответственными потоки заряженных частиц – праонов, движущихся с релятивистскими скоростями и передающих свой импульс заряженному веществу.

В модели кубического распределения потоков праонов для электрической постоянной получается следующее: ^[3]

$~\varepsilon _{0}={\frac {e^{2}}{6p_{q}D_{{0q}}\vartheta ^{2}}}={\frac {e^{2}}{\varepsilon _{{cq}}\vartheta ^{2}}}.$

Здесь $~p_{q}$ есть импульс праонов, взаимодействующих с заряженным веществом; мощность флюенса $~D_{{0q}}$ обозначает количество праонов dN, попавших за время dt на перпендикулярную потоку площадь dA одного из граней некоторого куба, ограничивающего рассматриваемый объём; $~\vartheta =2,67\cdot 10^{{-30}}$ м² представляет собой сечение взаимодействия праонов с нуклонами; – элементарный заряд; $~\varepsilon _{{cq}}=4\cdot 10^{{32}}$ Дж/м³ – плотность энергии потоков праонов для кубического распределения.

В модели сферического распределения потоков праонов в пространстве:

$~\varepsilon _{0}={\frac {e^{2}}{16\pi p_{q}B_{{0q}}\vartheta ^{2}}}={\frac {3e^{2}}{2\varepsilon _{{sq}}\vartheta ^{2}}},$

где мощность флюенса $~B_{{0q}}$ обозначает количество праонов dN, попавших за время dt из единичного телесного угла $d{\alpha }$ внутрь сферической поверхности dA; $~\varepsilon _{{sq}}=6\cdot 10^{{32}}$ Дж/м³ – плотность энергии потоков праонов для сферического распределения.

Отсюда следует, что электрическая постоянная является динамической переменной, зависящей от параметров частиц вакуумного поля.

См. также

Магнитная постоянная
Скорость света
Уравнения Максвелла
Волновое сопротивление
Константы вакуума
Константа взаимодействия

Примечания

1. CODATA Value: electric constant. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. US National Institute of Standards and Technology. June 2015. Retrieved 2015-09-25. 2014 CODATA recommended values.

2. Fedosin S.G. The Force Vacuum Field as an Alternative to the Ether and Quantum Vacuum. WSEAS Transactions on Applied and Theoretical Mechanics, ISSN / E-ISSN: 1991-8747 / 2224-3429, Volume 10, Art. #3, pp. 31-38 (2015); статья на русском языке: Силовое вакуумное поле как альтернатива эфиру и квантовому вакууму.

3. Fedosin S.G. The charged component of the vacuum field as the source of electric force in the modernized Le Sage’s model. Journal of Fundamental and Applied Sciences, Vol. 8, No. 3, pp. 971-1020 (2016). http://dx.doi.org/10.4314/jfas.v8i3.18, https://dx.doi.org/10.5281/zenodo.845357. // Заряженная компонента вакуумного поля как источник электрической силы в модернизированной модели Лесажа.

Внешние ссылки

Fundamental Physical Constants --- Complete Listing(англ.)
Electric constant

Источник: http://sergf.ru/ep.htm

На список страниц