Кіріспе

Бос кеңістіктің абсолютті диэлектрлік рұқсат етуі – электрлік тұрақты, ε0 бірлігінің мәні F⋅m−1 55.26349406 e2⋅eV−1⋅μm−1. Вакуумдық рұқсат ету, әдетте "ε0" (айтылады "эпсилон ноль" немесе "эпсилон нөл") деп белгіленеді, – классикалық вакуумның абсолютті диэлектрлік рұқсат етуі. Оны бос кеңістіктің рұқсат етуі, электрлік тұрақты немесе вакуумның таратылған сыйымдылығы деп те атайды. Бұл идеалдық (базалық) физикалық тұрақты. Оның CODATA мәні: (фарад метрге), салыстырмалы белгісіздігі бар. Бұл электр зарядтарына жауап ретінде электр өрісінің қаншалықты тығыз болуына "рұқсат етілетінін" өлшейді және электр зарядының бірліктерін ұзындық және күш сияқты механикалық шамалармен байланыстырады. Мысалы, шар симметриялы екі электр заряды арасындағы күш (классикалық электромагнетизмнің вакуумында) Кулон заңымен анықталады: Мұнда q1 және q2 – зарядтар, r – олардың орталықтары арасындағы қашықтық, ал тұрақты бөлшектің мәні (Кулон тұрақтысы, ke деп аталады) шамамен 9 × 109 Н⋅м2⋅Кл−2. Сондай-ақ, ε0 Максвелл теңдеулерінде кездеседі, олар электр және магнит өрістерінің, электромагниттік сәулеленудің қасиеттерін сипаттайды және оларды олардың көздерімен байланыстырады. Электр техникасында ε0 әртүрлі диэлектрлік материалдардың рұқсат ету қабілетін өлшеу үшін бірлік ретінде қолданылады.

СИ бірліктерін қайта анықтау

Ампер 2019 жылдың 20 мамырынан бастап элементарлық зарядты кулонның нақты саны ретінде анықтау арқылы қайта анықталды. "Бос кеңістіктің диэлектрлік өтімділігі" немесе "вакуумның диэлектрлік өтімділігі" терминдері кеңінен қолданылады. Әлемдік стандарттау ұйымдары қазір осы шама үшін бірыңғай термин ретінде "электрлік тұрақтыны" пайдаланады. Тағы бір тарихи синоним – "вакуумның диэлектрлік тұрақтысы", себебі бұрын "диэлектрлік тұрақты" кейде абсолюттік диэлектрлік өтімділік үшін қолданылатын. Дегенмен, қазіргі қолданыста "диэлектрлік тұрақты" көбінесе тек салыстырмалы диэлектрлік өтімділік ε/ε₀-ға қатысты, тіпті осы қолданыс та кейбір стандарттау органдары тарапынан салыстырмалы статикалық диэлектрлік өтімділігінің пайдасына "ескірген" деп есептеледі. Сондықтан, көптеген қазіргі заманғы авторлар электрлік тұрақты ε₀ үшін "вакуумның диэлектрлік тұрақтысы" терминінің қолданылуын ескірген деп санайды, бірақ оның кейбір жағдайларда қолданылуына мысалдар кездеседі. Белгілеуге келсек, тұрақты ε₀ немесе 0 арқылы, епсилон әріпінің кез келген әдеттегі символын пайдалана отырып белгіленуі мүмкін.

Параметрдің тарихи шығу тегі ε0

Жоғарыда көрсетілгендей, ε0 параметрі өлшеу жүйесінің тұрақты шамасы болып табылады. Электромагниттік шамаларды анықтауға қазір қолданылатын теңдеулерде оның болуы, төменде сипатталатын "рационализациялау" процесінің нәтижесі. Алайда, оған мән беру әдісі – Максвелл теңдеулерінің болжауы бойынша, бос кеңістікте электромагниттік толқындар жарық жылдамдығымен қозғалатынының салдары. ε0-ның мәні неліктен осылай екенін түсіну үшін, оның тарихын қысқаша білу қажет.

ε0 мәнін анықтау

Енді күшті ньютондармен, қашықтықты метрмен өлшеу және зарядты инженерлердің практикалық бірлігі – кулонмен өлшеу талабы қосылады, кулон 1 ампер ток бір секунд бойы ағу кезінде жиналатын заряд ретінде анықталады. Бұл ε0 параметріне C2⋅N−1⋅m−2 бірлігін (немесе практикада "фарад/метр" бірлігін) тағайындау қажеттігін көрсетеді. ε0-ның сандық мәнін белгілеу үшін, егер Максвелл теңдеулерін жасау үшін Кулон заңының және Ампер күш заңының (сондай-ақ басқа да идеялардың) рационалдастырылған түрлері қолданылса, онда ε0, μ0 және c0 арасындағы жоғарыда көрсетілген байланыс табылады. Принцип бойынша, электр және магнетизмнің негізгі бірлігі кулон немесе ампер болуына қатысты таңдау жасау мүмкіндігі бар. Халықаралық деңгейде амперді негізгі бірлік ретінде пайдалану туралы шешім қабылданды. Бұл ε0 мәнінің c0 және μ0 мәндерімен анықталатынын білдіреді, жоғарыда айтылғандай. μ0 мәнінің қалай анықталатыны туралы қысқаша түсіндіру үшін "Вакуумдық өтімділік" бөлімін қараңыз.