Электрическая постоянная что показывает: Электрическая постоянная

Содержание

Закон Кулона | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Основные ссылки

CSS adjustments for Marinelli theme

Объединение учителей Санкт-Петербурга

Форма поиска

Поиск

Вы здесь

Главная » Закон Кулона

Закон Кулона.
З-н Кулона — основной закон электростатики, позволяющий рассчитать силу взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами в вакууме.Открыт в 1785 г. французским физиком Шарлем Огюстеном Кулоном (раньше и более точно закономерности установлены Г. Кавендишем, но не опубликованы).
Опыт Кулона. Металлические шарики заряжаются и взаимодействуют. Заряд измеряется в относительных единицах. Нить закручивается. Сила упругости нити уравновешивает электрическую силу. По углу закручивания нити определяют силу взаимодействия. 1.→ F ~ q₁ 2. → F ~ q₂ 3. → F ~
Вывод: Сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Сила центральна. Направлена по прямой, соединяющей заряды. Если знаки зарядов одинаковы, то направление силы и радиус-вектора совпадают, если знаки зарядов разные, то направление силы и радиус-вектора противоположны. Силы взаимодействия между зарядами равны по величине и противоположны по направлению по 3-ему з-ну Ньютона.	Пример: сила взаимодействия между двумя ионами в кристалле поваренной соли F=2^.10^-9Н.
Коэффициент k зависит от выбора системы единиц. Коэффициент k численно равен силе взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами по единице заряда каждый, находящимися в вакууме на расстоянии, равном единице длины друг от друга.
В СИ удобно представить , где e₀=8,85.10^-12 Кл²/(Н^.м²) — электрическая постоянная вакуума.
Диэлектрическая проницаемость среды ( e ). Характеризует электрические свойства среды. Для любой среды e >1. Зависит только от свойств среды. Диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме больше их сил взаимодействия в среде. — безразмерная величина!	Примеры:
Полная форма записи закона Кулона.
Если заряды не точечные или их больше двух, то силы складываются по правилу сложения векторов:

Теги:

конспект

что это такое, формула, таблица — Asutpp

В этой статье мы расскажем о самых важных вещах, связанных с диэлектрической проницаемостью. Среди прочего, вы узнаете о важных ролях, которые она играет, и о её типичных значениях.

Простое объяснение

В повседневной жизни вы сталкиваетесь с различными веществами, такими как металлы, вода или кислород. Каждое из этих веществ по-разному реагирует на электрические поля.

Диэлектрическая проницаемость (диэлектрическая постоянная или абсолютная диэлектрическая проницаемость) ε описывает способность материала к поляризации электрическими полями и определяется следующим образом: ε = ε_r * ε₀.

Здесь ε_r — относительная проницаемость, а ε₀ — электрическая постоянная (или диэлектрическая проницаемость вакуума).

Если понимать значение термина «проницаемость» буквально, то это мера того, насколько сильно материя «пропускает» электрическое поле. Поэтому проницаемость можно рассматривать как меру того, насколько материя может быть поляризована.

Диэлектрическая проницаемость вакуума

Особую роль играет диэлектрическая проницаемость вакуума (также называемая проницаемостью вакуума). В этом разделе мы расскажем вам о значении и единицах измерения проницаемости вакуума, о том, как она связана с другими константами, и о ее значении в контексте других важных законов.

Числовое значение и единица измерения

Диэлектрическая проницаемость вакуума ε₀ имеет значение 8,85418781762039 * 10^-12 или 8.85 * 10^-12, что более практично для расчетов. Единицей измерения константы является [ Ф·м⁻¹ ] или если выражать через основные единицы СИ [ м⁻³·кг⁻¹·с⁴·А² ].

Взаимосвязь с другими константами

Существует замечательная связь между электрической постоянно ε₀, магнитной постоянно μ‎₀ и скоростью света в вакууме с₀. То есть верно следующее соотношение: c₀² = 1 / ε₀ * μ‎₀ .

До 2019 года это уравнение точно определяло значение постоянной электрического поля. Однако в ходе пересмотра ситуация изменилась, и с 20 мая 2019 года как электрическая постоянная, так и магнитная постоянная имеют определенную погрешность измерения.

Это уравнение было первым указанием на то, что свет может быть электромагнитной волной.

Закон Кулона и электрический потенциал

Помимо связи со скоростью света, электрическая постоянная фигурирует в других важных законах электродинамики. К ним относятся, например:

Закон Кулона:

Электрический потенциал заряженной частицы : φ ( r ) = q / 4 * π * ε₀ * r .

В частности, закон Кулона является основой электростатики, поэтому константа электрического поля также имеет большое значение.

Диэлектрическая проницаемость: общий случай

В этом разделе мы рассмотрим общий случай. Мы объясним физический смысл абсолютной диэлектрической проницаемости с помощью электроизоляционных материалов и объясним, что такое относительная диэлектрическая проницаемость.

Диэлектрическая проницаемость диэлектриков

В электроизолирующих материалах (диэлектриках) электрические заряды связаны с атомами или молекулами. Поэтому они могут лишь немного перемещаться внутри атомов или молекул. Электрическое поле может изменить распределение заряда в диэлектрике двумя важными способами: деформацией и вращением. Даже если отдельные электрические заряды могут двигаться незначительно, совокупность всех движений определяет поведение электроизоляционного материала.

Поляризация

В зависимости от того, состоит ли материал из полярных или неполярных молекул, реакция на внешнее электрическое поле различна. С неполярной молекулой происходит растягивание (деформация), при котором поле индуцирует дипольный момент в каждой молекуле материала. Все эти дипольные моменты направлены в ту же сторону, что и электрическое поле.

В полярной молекуле, с другой стороны, происходит вращение, так что и здесь все дипольные моменты направлены в сторону электрического поля. В целом внешнее электрическое поле вызывает образование в материале большого количества диполей, все из которых ориентированы в том же направлении, что и внешнее поле. Таким образом, материал поляризуется. Поляризация P описывает, сколько дипольных моментов приходится на единицу объема материала.

Диэлектрическая проницаемость диэлектриков

Таким образом, поляризация диэлектрика вызывается электрическим полем. Возникающие направленные дипольные моменты, в свою очередь, создают электрическое поле, противодействующее внешнему полю. Таким образом, это противоположное поле ослабляет внешнее поле. В целом, связь между поляризацией и внешним электрическим полем сложная. Для многих веществ, так называемых линейных диэлектриков, поляризация пропорциональна полю. Применяется следующее соотношение:

P = ε₀ * χ * E , где

Здесь ε₀ — электрическая постоянная, а χ — электрическая поляризуемость. Электрическое поле E в этом уравнении является полным полем. Поэтому причиной этого могут быть частично свободные заряды и частично сама поляризация.. Свободные заряды — это все те носители заряда, которые не являются результатом поляризации. Таким образом, это полное электрическое поле очень трудно рассчитать, поскольку мы обычно не имеем информации о распределении поляризационных зарядов.

Для справки: χ — коэффициент, зависящий от химического состава, концентрации, структуры (в том числе от агрегатного состояния) среды, температуры, механических напряжений и т. д. (от одних факторов более сильно, от других слабее, конечно же и в зависимости от диапазона изменений каждого), и называемый (электрической) поляризуемостью (а чаще, по крайней мере для того случая, когда он выражается скаляром — диэлектрической восприимчивостью) данной среды.

Википедия

Электрическая индукция

Чтобы иметь возможность рассчитать электрическое поле даже в присутствии диэлектрика, вводится электрическая индукция D. В линейной среде: D = ε₀ * E + P = ε₀ * E + ε₀ * χ_e * E = ε₀ * ( 1 + χ_e ) * E и поэтому D также пропорциональна E.

Если вы объедините константы вместе ε = ε₀ * ( 1 + χ_e ), то получится: D = ε * E .

Постоянная ε и называется диэлектрической проницаемостью.

Относительная диэлектрическая проницаемость

Величина: ε_r = 1 + χ_e = ε / ε₀ называется относительной проницаемостью (также относительной диэлектрической проницаемостью). С его помощью полное электрическое поле в присутствии диэлектрика определяется следующим образом: E = D / ε = D / ε_r * ε₀ .

При постоянной электрической индукции относительная проницаемость, таким образом, определяет, насколько сильно ослабляется электрическое поле. Чем больше относительная проницаемость, тем больше ослабляется электрическое поле и, следовательно, уменьшается общая напряженность электрического поля.

Термин относительная проницаемость может привести к неправильному пониманию того, что относительная проницаемость для данного материала является константой. На самом деле, относительная проницаемость зависит от многих факторов. Среди них:

температура материала;
частота внешнего электрического поля;
напряженность внешнего электрического поля.

Для некоторых материалов относительная проницаемость дополнительно зависит от направления. Следовательно, в случае таких материалов это не просто число, а часто тензор второго порядка.

Особенно наглядную иллюстрацию влияния диэлектриков с разной относительной проницаемостью можно получить, поместив диэлектрик между двумя пластинами конденсатора. Если измерить электрическое напряжение на конденсаторе до и после введения диэлектрика, то можно обнаружить, что напряжение на конденсаторе уменьшается ровно на величину ε_r относительной диэлектрической проницаемости. Это следует непосредственно из уравнения: E = U / d для величины электрического поля между пластинами конденсатора, расположенными на расстоянии d друг от друга. Это также иллюстрирует, почему ε_r называется относительной проницаемостью. Напряжение на конденсаторе уменьшается на коэффициент ε_r за счет введения диэлектрика, по сравнению со случаем, когда между пластинами только вакуум.

Относительные диэлектрические проницаемости отдельных материалов

Наконец, мы приводим таблицу с типичными значениями относительной диэлектрической проницаемости (относительной диэлектрической проницаемости) различных материалов. Следует отметить, что в таких таблицах обычно указывается относительная проницаемость, а не сама абсолютная диэлектрическая проницаемость. Поэтому, если вы ищете таблицу для определения абсолютной диэлектрической проницаемости определенного материала, вы должны помнить, что приведенное там значение не является непосредственно той проницаемостью, которую вы ищете. Однако для заданного значения относительной проницаемости можно вычислить соответствующую абсолютную диэлектрическую проницаемость без особых дополнительных усилий. То есть нужно применять следующую уже известную нам формулу: ε = ε_r * ε₀.

Вещество	ε_r
Вакуум	ровно 1
Гелий	1,000065
Медь	5,6
Воздух (сухой)	1,00059
Метанол	32,6
Бумага	1 – 4
Вода ( 20°C, 0 — 3 ГГц )	80
Вода ( 0°C, 0 — 1 ГГц )	88

Таблица 1. Относительная диэлектрическая проницаемость выбранных веществ
(если не указано иное: при 18°C и 50 Гц)

В предыдущем разделе мы упоминали, что относительная проницаемость зависит, помимо прочего, от температуры и частоты. Поэтому важно знать и температуру, и частоту, если вы хотите получить значение из таблицы. Например, относительная проницаемость воды при температуре 20°C и частоте 0 ГГц равна 80. Если температура 0°C, а частота та же, относительная проницаемость воды равна 88. Медь, с другой стороны, имеет относительную проницаемость 5,6. Это означает, что вода как среда уменьшит напряжение на конденсаторе в 80 раз, в то время как медь уменьшит его только в 5,6 раз.

Список использованной литературы

Курс физики для ФМШ при НГУ, раздел «Электромагнитное поле», гл. 2: «Диэлектрики».
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. — М.: Мир, 1965.
Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.. — Т. III. Электричество.
Гольдштейн Л. Д., Зернов Н. В. Электромагнитные поля и волны. М.: Сов. радио, 1971. С. 11.

Что такое диэлектрическая проницаемость?

К

Рахул Авати

Что такое диэлектрическая проницаемость?
Диэлектрическая проницаемость вещества или материала является мерой его способности накапливать электрическую энергию. Это выражение степени, в которой материал удерживает или концентрирует электрический поток.

Математически диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение диэлектрической проницаемости материала к диэлектрической проницаемости свободного пространства. Вот почему он также известен как относительная диэлектрическая проницаемость . Это электрический эквивалент относительной магнитной проницаемости.

Подробнее о диэлектрической проницаемости
Значение диэлектрической проницаемости представляет собой отношение емкости конденсатора, испытуемым материалом которого является диэлектрик, к емкости конденсатора, диэлектриком которого является вакуум (или воздух).

Математически это выражается следующим образом: k = ϵ/ϵ0

Переменные в этом уравнении определяются следующим образом:

ϵ – диэлектрическая проницаемость вещества;

ϵ0 — диэлектрическая проницаемость свободного пространства; и

k (греческая буква каппа ) является безразмерной и безразмерной величиной, так как является отношением двух подобных сущностей (диэлектрическая проницаемость). Разные материалы имеют разную диэлектрическую проницаемость, что указывает на то, в какой степени они могут накапливать электрический заряд.

По мере увеличения диэлектрической проницаемости увеличивается плотность электрического потока (если все остальные факторы остаются неизменными). Это свойство позволяет объектам заданного размера, таким как металлические пластины, удерживать большое количество электрического заряда в течение длительных периодов времени.

Высокая диэлектрическая проницаемость не обязательно желательна. Как правило, вещества с высокой диэлектрической проницаемостью легче разрушаются при воздействии интенсивных электрических полей по сравнению с материалами с низкой диэлектрической проницаемостью (см. рис. 1).

Диэлектрические материалы
Диэлектрический материал имеет слабую электропроводность, но может накапливать электрический заряд. Когда он помещается в электрическое поле, внутри него не течет электрический ток. Это связано с тем, что в материале нет свободно связанных (свободных) электронов, которые дрейфуют через него. Это свойство отличает электрические изоляторы от электрических проводников.

Вместо этого положительные и отрицательные заряды внутри диэлектрика смещаются — положительные заряды в направлении электрического поля, а отрицательные — в противоположном направлении. Это явление разделения зарядов, известное как поляризация , уменьшает электрическое поле в диэлектрике.

Когда диэлектрик вставлен между пластинами плоского конденсатора, он увеличивает емкость конденсатора, т. е. его способность накапливать противоположные заряды на каждой пластине. Однако этого не происходит, когда пластины конденсатора разделены вакуумом. Вот почему значение диэлектрической проницаемости любого диэлектрического материала всегда больше, чем значение диэлектрической проницаемости для вакуума, которое равно единице (1).

Диэлектрики против изоляторов

Диэлектрическая проницаемость обычных материалов
Сухой воздух имеет низкую диэлектрическую проницаемость. Он может подвергнуться пробою диэлектрика , состоянию, при котором диэлектрик внезапно начинает проводить электрический ток. Однако пробой не является постоянным, поскольку при снятии чрезмерного электрического поля воздух возвращается в свое нормальное диэлектрическое состояние. Некоторые другие материалы также обладают этим свойством, которое предотвращает их необратимое повреждение.

Диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к диэлектрической проницаемости вакуума. Вот почему ни вакуум, ни воздух не увеличивают емкость конденсатора. С другой стороны, твердые диэлектрические материалы, такие как полиэтилен или стекло, которые имеют более высокую диэлектрическую проницаемость, могут получить необратимое повреждение при увеличении электрического тока и потерять свои диэлектрические свойства.

Рис. 2. В этой таблице представлены распространенные диэлектрические материалы и их диэлектрические постоянные.

На рис. 2 показаны диэлектрические постоянные обычных диэлектрических материалов.

Факторы, влияющие на диэлектрическую проницаемость
Диэлектрическая проницаемость любого материала зависит от температуры и частоты тока. На стоимость влияют и другие факторы.

Температура

Как упоминалось ранее, разделение зарядов или поляризация влияет на электрическое поле в диэлектрическом материале. Изменения температуры влияют на поляризацию и, следовательно, на диэлектрическую проницаемость. Например, при нагревании воды от 0 ^o C до 100 ^o C, его диэлектрическая проницаемость падает с 80 до 55. Таким образом, диэлектрическая проницаемость обратно пропорциональна температуре.

Приложенное напряжение

При наличии напряжения постоянного тока значение диэлектрической проницаемости уменьшается. Напротив, при подаче напряжения переменного тока значение диэлектрической проницаемости увеличивается.

Частота

Частота приложенного напряжения также влияет на диэлектрическую проницаемость. С увеличением частоты диэлектрическая проницаемость становится нелинейной, и ее значение уменьшается тем быстрее, чем выше частота. На высоких частотах увеличиваются потери электроэнергии. Это одна из причин, по которой материалы с низкими значениями диэлектрической проницаемости предпочтительны для высокочастотных применений.

Влажность

Влажность обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости. По мере увеличения влажности или влажности материала его диэлектрическая проницаемость уменьшается, что влияет на его диэлектрическую прочность.

Применение диэлектрической проницаемости
Диэлектрическая постоянная является важным параметром, который необходимо учитывать при выборе диэлектрического материала для конденсатора и в любых обстоятельствах, когда требуется материал для создания емкости в электрической цепи или печатной плате (PCB).

Показатель диэлектрической проницаемости и, соответственно, диэлектрический материал, который он представляет, также имеет множество других применений, включая следующие:

линии радиочастотной передачи и связи;

накопителя энергии;

Электроподстанционное оборудование; и

трансформаторы и реостаты.

См. также: пикофарад на метр, флэш-память, резистивное ОЗУ, транзистор с плавающим затвором, дроссель, ультраконденсатор, преобразователь и жидкостное иммерсионное охлаждение.

Последнее обновление: сентябрь 2022 г.

Продолжить чтение О диэлектрической проницаемости

Системы и технологии охлаждения центров обработки данных и принципы их работы

Энергопотребление ИИ создает экологические проблемы

Советы по снижению воздействия хранения данных на окружающую среду

Что значит устойчивое хранение данных для вашего центра обработки данных

Начните использовать экологически чистую энергию для своего центра обработки данных

ГРЦ

Управление, риск и соответствие (GRC) относится к стратегии организации по урегулированию взаимозависимостей между политиками корпоративного управления, программами управления рисками предприятия (ERM) и соблюдением нормативных требований и требований компании.

Сеть

управление неисправностями

Управление сбоями — это компонент управления сетью, который обнаруживает, изолирует и устраняет проблемы.

изящная деградация

Мягкая деградация — это способность компьютера, машины, электронной системы или сети поддерживать ограниченную функциональность даже …

Синхронная оптическая сеть (SONET)

Synchronous Optical Network (SONET) — это североамериканский стандарт синхронной передачи данных по оптическим волокнам.

Безопасность

менеджер паролей

Менеджер паролей — это технологический инструмент, который помогает пользователям Интернета создавать, сохранять, управлять и использовать пароли в различных онлайн-средах …

Код аутентификации сообщения на основе хэша (HMAC)

Hash-based Message Authentication Code (HMAC) — это метод шифрования сообщений, в котором используется криптографический ключ в сочетании с . ..

Брандмауэр веб-приложений (WAF)

Брандмауэр веб-приложений (WAF) — это брандмауэр, который отслеживает, фильтрует и блокирует трафик протокола передачи гипертекста (HTTP) по мере его…

ИТ-директор

рамки соблюдения

Структура соответствия — это структурированный набор руководств, в котором подробно описаны процессы организации для обеспечения соответствия…

качественные данные

Качественные данные — это информация, которую невозможно подсчитать, измерить или выразить с помощью чисел.

зеленые ИТ (зеленые информационные технологии)

Green IT (зеленые информационные технологии) — это практика создания и использования экологически устойчивых вычислительных ресурсов.

HRSoftware

опыт кандидата

Опыт кандидата отражает отношение человека к прохождению процесса подачи заявления о приеме на работу в компанию.

непрерывное управление производительностью

Непрерывное управление эффективностью в контексте управления человеческими ресурсами (HR) — это надзор за работой сотрудника …

вовлечения сотрудников

Вовлеченность сотрудников — это эмоциональная и профессиональная связь, которую сотрудник испытывает к своей организации, коллегам и работе.

Служба поддержки клиентов

лид-скоринг

Оценка лидов — это методология, используемая отделами продаж и маркетинга для определения ценности лидов или потенциальных …

построить на заказ

Сборка на заказ — это методология и производственная практика, при которых продукт создается после получения подтвержденного заказа.

управление данными клиентов (CDM)

Управление данными о клиентах (CDM) — это набор административных процессов, позволяющих получать данные о клиентах и взаимодействиях с ними . ..

Электрическая постоянная — Citizendium

Основной артикул Обсуждение Статьи по теме ^[?]
Библиография ^[?]
Внешние ссылки ^[?]
Версия для цитирования ^[?]

Эта редактируемая основная статья находится в разработке и подлежит отказу от ответственности .

[изменить введение]

электрическая постоянная (также: диэлектрическая проницаемость вакуума или диэлектрическая проницаемость свободного пространства ), обозначаемая ε ₀ , является физической константой, электромагнитным свойством классического вакуума, появляющимся в уравнениях, связывающих электрический заряд с механическими величинами в системе СИ. {-12}{\mbox{ Ф/м}}} ; 9{9}}Н м²/см².
Неопределенность, обозначаемая точками после последних цифр, не связана с некоторой экспериментальной неопределенностью, а является следствием невозможности выразить иррациональное число конечным числом десятичных знаков. Несмотря на иногда используемое название «диэлектрическая проницаемость вакуума», это определенное значение нельзя интерпретировать как измеренное свойство любой реальной среды, которую можно было бы назвать «вакуумом».

Терминология

Исторически физическая константа ε ₀ имел разные названия. Одним из них была диэлектрическая проницаемость вакуума . ^[2]
Хотя все еще используется, ^[3] «диэлектрическая постоянная» в настоящее время считается устаревшим. ^[4] ^[5]
В Красной книге IUPAP 1987 года эта константа была названа диэлектрической проницаемостью вакуума . ^[6]
В настоящее время номенклатура электрическая постоянная . ^[1] ^[7] Диэлектрическая проницаемость вакуума ε = ε _r ε ₀ равно электрической постоянной ε ₀ .

Сноски

↑ ^1.0 ^1.1 КОДАННЫЕ. Электрическая постоянная. 2006 CODATA рекомендуемые значения . НИСТ. Проверено 8 августа 2007 г.

↑ Кинг, Ронольд В. П. (1963). Фундаментальная электромагнитная теория . Нью-Йорк: Довер, с. 139.

↑ например в этом случайном патенте

↑ Совет по стандартам IEEE (1997). Стандартные определения терминов IEEE для распространения радиоволн с. 6.

↑ Браславский С.Е. (2007), «Глоссарий терминов, используемых в фотохимии (рекомендации IUPAC 2006)», Pure and Applied Chemistry 79 : p. 324.

↑ Комиссия SUNAMCO (1987), Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант, Символы, единицы, номенклатура и фундаментальные константы в физике , на стр.