ما هي سماحية الفراغ؟
سماحيّة الفراغ: هي ثابت التناسب الذي يربط المجال الكهربائي في مادة ما بالإزاحة الكهربائية في تلك المادة. يميز ميل الشحنة الذرية في مادة عازلة للتشوه في وجود مجال كهربائي. كلما زاد الميل إلى تشويه الشحنة “يسمى أيضاً الاستقطاب الكهربائي“، زادت قيمة السماحيّة.
تُفسَّر القوة الكهربائية على أنّها تبادل “فوتونات افتراضية” تتبادل الزخم والطاقة مع الشحنات. تصدر شحنة نقطية معينة فوتونات افتراضية بشكل عشوائي في كل اتجاه بالتساوي. سماحية المساحة الحرة أو الفراغ هي ببساطة علاقة بين الشحنة والعدد / الطاقة. من الفوتونات الخارجة منه.
في غير الفراغات “المواد”، ما يحدث هو أن تبادل الطاقة أو الزخم بواسطة هذه الفوتونات الافتراضية سيؤدي إلى فصل الشحنة في المادة، أو الاستقطاب. ما يحدث بعد ذلك هو أنّ كل من تلك الثنائيات المستحثة ستصدر فوتوناتها الافتراضية، مما يؤدي إلى تكثيف التدفق الكهربائي الكلي.
رمز سماحية الفراغ:
يتم ترميز سماحيّة مادة عازلة أو عازلة للكهرباء بالحرف اليوناني(epsilon) “إبسلون” (ε)، سماحيّة الفراغ، أو الفضاء الحر، يرمز لها (ε0)، ونسبتهم (ε / ε0)، تسمى ثابت العزل (qv)، يرمز لها بالحرف اليوناني (kappa ، κ). في أنظمة “المتر / كيلوغرام / ثانية” (mks) والمنطقية، يكون حجم سماحيّة الفراغ (ε0) هو (8.854 × 10−12).
وحداتها وتلك الخاصة بالسماحيّة (ε) هي “كولوم مربع لكل نيوتن متر مربع”. في نظام (mks)، السماحية (ε) وثابت العزل الكهربائي عديم الأبعاد (κ) مميزان رسمياً ومرتبطان بسماحيّة المساحة الحرة (ε0) ؛ (ε = κε0). في نظام السنتيمتر/جرام/الثانية (cgs)، يتم اختيار قيمة سماحية المساحة الحرة (ε0) بشكل تعسفي لتكون (1). وبالتالي، فإنّ السماحية (ε) وثابت العزل (κ) في نظام (cgs) متطابقان، كلاهما أرقام بلا أبعاد.
تعريف سماحية الفراغ:
سماحية المساحة الحرة، (ε0)، هي ثابت فيزيائي يستخدم غالباً في الكهرومغناطيسية. إنّه يمثل قدرة الفراغ على السماح بالمجالات الكهربائية. كما أنه متصل بالطاقة المخزنة داخل المجال الكهربائي والسعة. ربما الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أنّه مرتبط بشكل أساسي بسرعة الضوء.
ضع في اعتبارك إعداد وحدات النظام الدولي للوحدات. الكولوم الواحد هو الشحنة التي يحملها تيار مقداره (1) أمبير في ثانية واحدة. يُعرّف الأمبير بأنّه التيار الذي يتسبب في جذب سلكين رقيقين وطويلين بشكل غير محدود على بعد متر واحد من بعضهما البعض بقوة (2 × 10-7) نيوتن لكل متر من طول الأسلاك.
لذلك، هذا التعريف مرتبط نوعاً ما “بقوة لورنتز“. عندما تطرح سؤالاً مثل “ما هي قوة كولوم بين شحنتين ثابتتين في الفراغ؟”، تحصل على ثابت غريب.
شرح سماحية الفراغ:
في وحدات (Gaussian)، على سبيل المثال، الوضع مختلف. هنا الشحنة بحيث يكون الثابت في “قانون كولوم” يساوي واحداً. باختصار، إذا حددت الشحنة بحيث تكون “منطقية” من حيث الأمتار والكيلوجرامات والنيوتن، فستحصل على ثوابت غريبة المظهر في القوانين الكهرومغناطيسية.
ولكن إذا قمت بتعريف وحدات الشحنة بحيث تبدو القوانين الكهرومغناطيسية لطيفة، فسيكون لوحدة واحدة من الشحنة في هذا النظام ثابت التناسب ذو المظهر الغريب مع (Coulombs)، “وحدة شحنة واحدة”:
1CGS charge unit ≈ 3.33564 × 10−10 C
هل سماحية الفراغ ناتجة عن تحديد الوحدات الأخرى؟
من قانون كولوم:
F = 1/4 πε0 × (q1.q2) / r2
إذا قمنا بدلاً من ذلك بتعريف شحنة الكولوم على أنّها: (ε0√)، في الوقت الحالي، ستكون القوة هي بالضبط مضاعفة الشحنات مقسومة على مساحة سطح كرة نصف القطر (r)، حيث (r) هي المسافة بين (q1) إلى (q2).
إذا تم تعريف الكولوم “أو الأمبير” بدلاً من ذلك بطريقة مختلفة، فهل سيظل هذا الثابت موجوداً؟ إذا كان الأمر كذلك فما هو أصله وماذا يعني؟ نعم، لكن معناه يمكن أن يتغير. في الواقع، نحن في منتصف عملية إعادة تعريف كهذه، بما في ذلك تغيير في حالة سماحيّة الفراغ.
في النظام الدولي للوحدات، فإنّ تعريف وحدات الشحن الكهربائي عبر الأمبير يعادل إعطاء قيمة ثابتة لنفاذية الفراغ (μ0)، حيث يمكن دمج نفاذية الفراغ مع سماحيّة الفراغ لإعطاء سرعة الضوء عبر:
ε0μ0=1/c2
هذا يعني أنّه في النظام الدولي للوحدات، فإنّ سماحية الفراغ لها قيمة دقيقة:
ε0=1/c2 × μ0 = 1/2997924582×4π×10−7Hm/s2
في نظام الوحدات (SI) الجديد، سيتم إصلاح قيمة الكولوم “عبر قيمة صريحة للشحنة الأولية في كولوم”، مما يعني أنّ ثابت كولوم:
1/4πε0
سوف تكتسب معناها القديم، القوة “المحددة تجريبياً” بين شحنتين أوليتين على مسافة ثابتة (r).
