Что такое диэлектрическая проницаемость в свободном пространстве?

Это следует из электростатического закона Кулона:

для силы между двумя зарядами$q_1,\,q_2$разнесены на расстояние$r$.

Итак, тогда$(4\,\pi\,\epsilon_0)^{-1}$это просто сила между двумя зарядами в один кулон, каждый из которых расположен на расстоянии 1 метра. ${\rm C^2}$в определении единицы означает, что если любой из зарядов умножается на коэффициент, сила увеличивается пропорционально: если оба заряда умножаются на один и тот же коэффициент, сила, таким образом, масштабируется на этот коэффициент в квадрате (посмотрите на правую часть уравнения ). Точно так же${\rm m^{-2}}$в определении означает, что сила обратно пропорциональна квадрату расстояния (аналогично давление имеет$m^{-2}$в его единицах, потому что, если вы умножаете длины сторон квадрата, на который действует сила, вы уменьшаете силу на этот коэффициент в квадрате). Итак, если вы переформулируете уравнение как$F r^2\,q_1^{-1}\,q_2^{-1} = (4\,\pi\,\epsilon_0)^{-1}$обе стороны должны иметь одинаковые юниты, поэтому юниты вы видите.

Что касается того, почему мы называем масштабную константу$(4\,\pi\,\epsilon_0)^{-1}$а не какая-то простая константа$G$, ну это просто дело вкуса. Это упрощает запись другой формы закона (закона Гаусса). Но совершенно четко определенная система физических констант могла бы быть определена с константой, определенной «более простым» способом. На самом деле, согласно закону всемирного тяготения Ньютона (который также является законом обратных квадратов), мы, непостоянные физики, исторически избрали именно этот путь!

Может быть, немного легче следовать ответу, основанному на веб-сайте Quora.

Диэлектрическая проницаемость свободного пространства — это число, которое позволяет нам описать, насколько легко (или насколько трудно) электрическим силовым линиям проходить через воздух, воду или любую другую среду.

Это называется диэлектрической проницаемостью из-за того, насколько данное вещество «позволяет» электрическим (или магнитным в случае магнетизма) силовым линиям проходить через них.

Представьте положительный заряд, помещенный в свободное пространство, вы знаете, что все его силовые линии направлены наружу с равными расстояниями между ними, но если мы поместим материал, через который линии электрического поля проходят легче, чем через свободное пространство, то его диэлектрическая проницаемость больше по сравнению с к свободному пространству, и, следовательно, через него будет проходить больше электрических силовых линий, и, что более важно, оно меняется в зависимости от изменения среды.

Таким образом, для некоторых веществ силовые линии электрического поля легко проходят через них, а для других, в зависимости от их состава, — нет.