造价通

反馈
取消

热门搜词

造价通

取消 发送 反馈意见

真空介电常量真空介电常数的本质

2022/07/16306 作者:佚名
导读:物理学中,真空介电常数是一个重要常数,用ε0表示。 我们假设一正一负两电荷(电量为e)在相距距离为r的地方“静止”。其势能为: 应指出,两电荷“静止”不代表其绝对静止,它们也在真空背景温度下悄悄运动。这个运动可看成简谐运动(也可用圆周运动来描述),周期为t。因此,某个电荷要产生电流I,且I=e/t。 由于电荷运动其电场也跟着变化(指空间静止某点的电场强度变化),又由于位移电流的本质是变化电场,所以

物理学中,真空介电常数是一个重要常数,用ε0表示。

我们假设一正一负两电荷(电量为e)在相距距离为r的地方“静止”。其势能为:

应指出,两电荷“静止”不代表其绝对静止,它们也在真空背景温度下悄悄运动。这个运动可看成简谐运动(也可用圆周运动来描述),周期为t。因此,某个电荷要产生电流I,且Ie/t

由于电荷运动其电场也跟着变化(指空间静止某点的电场强度变化),又由于位移电流的本质是变化电场,所以这种变化的电场就会在两电荷之间传递,形成电流。此处的位移电流周期也为t,大小也为Ie/t。因为位移电流的表述式可写为:

这里,E为电场强度,S为截面积,∫S为面积分。

式子右边的积分可等电量Q,因此此式仍满足I=dQ/dt的关系。而这里的Ie/t是从定义式I=dQ/dt推出,因此 Ie/t 可表示这里的位移电流在空间分布的大小。

我们再根据相对性原理得出,任何物理规律都有相同的数学表达式。因此,某电流所受的电压(或电势)e/(ε0r)也应满足欧姆定律UIR。其中,U为电压,R为电阻。

根据实验结果,电阻的表达式为

。其中,ρ为电阻率,
为电流长度,S为截面积。对两点电荷来说,
(因为位移电流的长度即为两电荷间距离)。应注意的是,截面似乎应是球面积4πr,但其实不是。我们可作这样分析:假设左边电荷带正电,右边电荷带负电,又假设右边负电荷不存在时,左边正电荷的电场线是以球面积发散,我们把这个球面分为左、右两个半球面。当右边有了负电荷时,正电荷的电场线应该几乎全部向右边半球指向(因为正电荷指向左边的电场线,这时也会受负电荷影响,也会迂回向右指向),又由于位移电流是变化电场,那么变化电场这种电流就几乎全集中在右边半球,而左边半球几乎无电流,那么左边半球面对电阻就应无贡献。因此,正电荷的电阻就应取右边半球,其截面为半个球面,即2πr(当然,也可用其他方法分析,结论一样)。

我们又知道,导体的电阻是由其内部的杂质而引起,而对于真空来说,其中没有杂质。因此,真空的电阻只有几何因素,没有物质结构因素(电阻率)。或者说,真空没有电阻率这个概念,真空的电阻率可看作1,没有转化系数。对于两点电荷来说,其位移电流的电阻为:

用这个电阻乘以单个电荷的电流I,有

它等于受到的电压,有

代入上式,得:

t=1.762×10-11代进去,可得真空介电常数的理论值:

这和实验值 ε0=8.85 × 10-12 F/m 相比较,基本相符。说明了推导的可行性与合理性。

真空介电常数本质上应是时间的量纲。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
关注微信公众号造价通(zjtcn_Largedata),获取建设行业第一手资讯

热门推荐

相关阅读