Najważniejsze informacje w skrócie

Przenikalność elektryczna określa, czy zjawiska elektryczne przenikają przez ośrodek. Innymi słowy, czy dużo jest w ośrodku jonów dodatnich, ujemnych i swobodnych elektronów. Załóżmy, że mamy dwa naładowane elektrycznie izolatory jeden z nadmiarem protonów, czyli dodatnio naładowany, a drugi z nadmiarem elektronów, czyli ujemnie naładowany. To, jak bardzo będą one na siebie oddziaływać, zależy od ośrodka w jakim się one znajdują i od właściwości tego ośrodka. Im więcej jonów w ośrodku:

  • tym trudniej naelektryzować ciała,
  • tym silniejsze ekranowanie – czyli spokojnie nic nas nie „kopnie”,
  • co oznacza małe oddziaływanie między ciałami naelektryzowanymi.

Z kolei, gdy brak jonów w ośrodku:

  • łatwo naelektryzować ciała,
  • nie ma ekranowania – czyli z pewnością odczujemy to na własnej skórze,
  • bo ciała naelektryzowane silnie oddziałują.

Teraz, to samo w formie książkowej definicji, dla tych którzy czują potrzebę odniesienia do świata nauki:

ε, skalar (w ogólności tensor) opisujący właściwości ciała dielektrycznego w polu elektrycznym.

Dla zmiennych pól elektromagnetycznych ε jest funkcją częstotliwości. Jest również funkcją temperatury i ciśnienia.


Powiązania z innymi zagadnieniami

Pełny opis, dla tych którzy wolą czytać

Przenikalność elektryczna ośrodka oznaczana jest jako epsilon, które pojawia się tu i ówdzie w fizyce i nie tylko. Często w towarzystwie 4pi:

tak naprawdę jest ci bardzo bliskie, bo ma duży wpływ na jakość twojego życia każdego dnia.

 

Załóżmy, że jest dziś zimowy dzień bardzo mroźny. Z pewnością nie raz w taką pogodę odczułeś jak dosłownie wszystko, co jest izolatorem zdaje się być naelektryzowane. Szczególnie twój sweter, czapka, grzebień, a co za tym idzie i włosy. Ale, gdy tylko przyjdzie odwilż to ładunki elektryczne łatwiej się rozładowują. I w efekcie nasze włosy, grzebienie czy ubrania nie elektryzują się już tak łatwo. Dzieje się tak dlatego , że wzajemne oddziaływanie ładunków zależy od ośrodka w jakim się one znajdują i od właściwości tego ośrodka.

W naszej historii ośrodkiem jest powietrze i tak np. w wyniku rozczesywania włosów z ich powierzchni odpływają elektrony i gromadzą się na grzebieniu. W efekcie wewnątrz włosów powstają jony dodatnie a w grzebieniu jony ujemne.

Pojawienie się naładowanych ciał powoduje polaryzację elektryczną powietrza. Czyli grzebień zostaje otoczony płaszczem jonów dodatnich, które znajdują się w powietrzu a włosy zostają otoczone jonami ujemnymi i swobodnymi elektronami znajdującymi się w powietrzu. W rezultacie siła wzajemnego oddziaływania włosów i grzebienia ulega zmniejszeniu, bo ładunki elektryczne znajdujące się w powietrzu skutecznie ekranują i neutralizują naładowane izolatory jakimi są włosy i plastikowy grzebień.
 

Jest to wyczuwalne szczególnie zimą, gdy przychodzi odwilż i wzrasta wilgotność powietrza. Wtedy liczba elektrycznie naładowanych cząstek w powietrzu rośnie, a to oznacza, iż zjawiska elektryczne będą łatwiej przenikać przez powietrze, czyli wzrasta przenikalność elektryczna powietr za.

 

 

Ale w momencie, gdy maleje wilgotność powietrza co dzieje się w mroźne dni. Ilość jonów w powietrzu jest mała, więc nie ma już tak silnej neutralizacji ładunków na grzebieniu i włosach, więc silniej oddziałują one ze sobą.Czyli w mroźne dni, gdy jest mała wilgotność powietrza, a co za tym idzie mało jonów w powietrzu, jego przenikalność elektryczna maleje i łatwiej naelektryzować ciała. A konsekwencje tego zjawiska odczuwamy na własnej skórze, przez drobne impulsy elektryczne.

 

Gdyby teraz rozczesywać włosy w próżni, to nie dochodziłoby do jonizacji ośrodka, bo próżnia z definicji jest stanem bardzo mocno rozrzedzonego gazu. Więc, skoro praktycznie nie ma cząsteczek ośrodka, to grzebień i włosy najmocniej ze sobą oddziałują. A to oznacza, że dla próżni przenikalność elektryczna będzie zawsze najmniejsza.

 

Podsumujmy teraz wyniki. Im większa wilgotność powietrza, tym więcej nośników ładunku elektrycznego, czyli tym większa przenikalność elektryczna ośrodka. A zdecydowanie najmniejszą przenikalność ma próżnia, oznaczana jako epsilon 0.

 

Wyznaczmy jej wartość w oparciu o stałą charakteryzującą ośrodek, która występuje w prawie Coulomba. Spójrzmy na obliczenia:

 

 

 

Względna przenikalność elektryczna.

Często, jednak opisuje się ośrodek w porównaniu z próżnią przez podanie względnej przenikalności elektrycznej ośrodka. Jest, to wygodne rozwiązanie, ponieważ otrzymujemy informację, ile razy przenikalność elektryczna danego ośrodka jest większa od przenikalności próżni. Poza tym upraszcza się jednostka i posługujemy się małymi wartościami. Inna nazwa dla względnej przenikalności elektrycznej, to stała dielektryczna danego ośrodka. I tak dla próżni stała dielektryczna wynosi 1, ponieważ zgodnie ze wzorem na epsilon r wartość przenikalności elektrycznej próżni dzielimy przez nią samą. Dla powietrza względna przenikalność również jest niewiele większa od jedynki.

Pamiętajmy jednak , że jest to wartość dla suchego powietrza, czyli takiego, jakie mamy mniej więcej w mroźne dni. A w przypadku odwilży zimą lub każdej innej pory roku wilgotność powietrza jest dużo większa niż, gdy panuje mróz. Czyli, gdy jest ciepło w powietrzu „fruwa” dużo więcej cząstek pary wodnej, co istotnie wpływa na przenikalność elektryczną powietrza.

Aby, to zrozumieć spójrzmy teraz na wartość przenikalności elektrycznej dla wody, która wynosi aż 80 i wszystko staje się jasne. Im więcej pary wodnej w powietrzu tym wyższa wartość przenikalności elektrycznej mieszaniny powietrza z parą wodną.

Ogólnie dla wszystkich ciał stałych i cieczy wartość stałej dielektrycznej waha się od jedynki do 100. Jak widzisz wartość przenikalności elektrycznej zależy od dwóch rzeczy:

  • od rodzaju ośrodka, jakim w naszej historii było powietrze, ale też i
  • od właściwości tego ośrodka jakim w naszej historii była wilgotność.