Діелектрична проникність повітря як фізична величина

Як відомо, навколишній нас повітря являє собою комбінацію декількох газів, тому є гарним діелектриком. Зокрема, завдяки цьому у багатьох випадках вдається уникнути необхідності організації додаткових ізолюючих шарів якого-небудь матеріалу навколо провідника. Сьогодні ми поговоримо про те, що таке діелектрична проникність повітря. Але спочатку, мабуть, почнемо з визначення того, що саме розуміють під терміном «діелектрик».

Всі речовини залежно від здатності проводити електричний струм умовно поділяються на три великі групи: провідники, напівпровідники і діелектрики. Перші надають мінімальний опір спрямованому проходженню по ним заряджених частинок. Найбільша їх група - це метали (алюміній, мідь, залізо). Другі проводять струм за певних умов (кремній, германій). Ну а електричний опір третє настільки велике, що струм по них не проходить. Яскравий приклад - повітря.

Що ж відбувається, коли речовина потрапляє в зону дії електричного поля? Для провідників відповідь очевидна - виникає електричний струм (зрозуміло, за наявності замкнутого контуру, що забезпечує «шлях» для частинок). Так відбувається завдяки тому, що змінюється спосіб взаємодії зарядів. Зовсім інші процеси відбуваються при впливі поля на діелектричний матеріал. При вивченні взаємодії частинок, що володіють електричним зарядом, було відмічено, що сила взаємодії залежить не тільки від чисельного значення заряду, але і від середовища, що розділяє їх. Це важлива характеристика отримала назву «діелектрична проникність речовини». Фактично, вона являє собою поправочний коефіцієнт, так як не має розмірності. Визначається як відношення значення сили взаємодії у вакуумі до значення в якому-небудь середовищі. Фізичний зміст терміну «діелектрична проникність» наступний: дана величина показує ступінь ослаблення електричного поля діелектричним матеріалом в порівнянні з вакуумом. Причина даного явища криється в тому, що молекули матеріалу витрачають енергію поля не так на провідність частинок, а на поляризацію.

Відомо, що діелектрична проникність повітря дорівнює одиниці. Багато це чи мало? Давайте розберемося. Зараз немає необхідності самостійно розраховувати числове значення проникності для більшості поширених речовин, так як всі ці дані наводяться у відповідних таблицях. До речі, саме з подібної таблиці взято значення повітря, рівне одиниці. Діелектрична проникність повітря майже у 8 разів менше, ніж у, наприклад, гетинакса. Знаючи це число, а також значення зарядів і відстань між ними, можна обчислити силу їх взаємодії, за умови поділу повітряним середовищем або пластиною гетинакса.

Формула для сили наступна:

F = (Q1 * Q2) / (4 * 3.1416 * E0 * Es * (r * r)),

де Q1 і Q2 - значення зарядов- E0 - проникність у вакуумі (константа, рівна 8.86 в ступені -12) - Es - діелектрична проникність повітря («1» або значення для будь-якого іншого речовини, по таблиці) - r - відстань між зарядами. Всі розмірності беруться відповідно до системи СІ.

Не слід плутати два різних поняття - «магнітна проникність повітря» і його ж діелектрична проникність. Магнітна є ще однією характеристикою будь-якої речовини, також представляє собою коефіцієнт, проте його зміст іншого - взаємозв`язок напруженості поля і значення магнітної індукції в певному речовині. У формулах використовується еталонний показник - магнітна проникність для чистого вакууму. Як перше, так і друге поняття використовуються для виконання розрахунків різних електротехнічних пристроїв.