Permissividade do vácuo
A permissividade do vácuo, representada por ε₀, é um valor fundamental na física que indica a capacidade do vácuo de permitir a passagem de campos elétricos. É também conhecida como permissividade do espaço livre ou constante elétrica. Trata-se de uma constante física ideal, essencial para descrever fenômenos eletromagnéticos.
Pontos-chave
- ε₀ é a permissividade dielétrica absoluta do vácuo clássico.
- Seu valor está relacionado à velocidade da luz (c) e à permeabilidade do vácuo (μ₀) pela equação ε₀ = 1 / (μ₀c²).
- Historicamente, ε₀ teve nomes como "constante dielétrica do vácuo", mas hoje é preferível "permissividade do vácuo" ou "constante elétrica".
- Desde a redefinição do SI em 2019, ε₀ é uma grandeza determinada experimentalmente, não mais um valor exato.
- ε₀ aparece na definição do campo de deslocamento elétrico (D) em meios dielétricos.
O valor da permissividade do vácuo (ε₀) é determinado pela relação ε₀ = 1 / (μ₀c²), onde 'c' é a velocidade da luz no vácuo e 'μ₀' é a permeabilidade do vácuo. Anteriormente, com μ₀ tendo um valor exato (4π × 10⁻⁷ H/m) e 'c' definido (299792458 m/s), ε₀ era calculada com precisão. Após a redefinição do SI em 2019, ε₀ passou a ser uma grandeza medida experimentalmente, com uma incerteza relativa de 1,6×10⁻¹⁰, compartilhada com a constante de estrutura fina.
Ao longo do tempo, a permissividade do vácuo (ε₀) foi chamada por diferentes nomes. Termos como "permissividade no vácuo", "permissividade do espaço livre" e "constante elétrica" são comuns. Embora "constante dielétrica do vácuo" tenha sido usado, hoje é considerado obsoleto, pois "constante dielétrica" geralmente se refere à permissividade relativa (ε/ε₀).
A presença da constante ε₀ nas equações eletromagnéticas modernas é resultado do processo de "racionalização" das unidades e da observação de que as equações de Maxwell preveem a propagação de ondas eletromagnéticas à velocidade da luz no vácuo. Sua determinação envolve a escolha de unidades fundamentais e a relação entre as constantes físicas.
Racionalização de Unidades
A Lei de Coulomb descreve a força (F) entre duas cargas elétricas (Q) a uma distância (r) como F = kₑQ²/r². A constante kₑ, que depende das unidades escolhidas, foi ajustada através da "racionalização" para simplificar as equações eletromagnéticas, levando à introdução de ε₀.
Determinação do Valor de ε₀
Ao adotar o ampere como unidade fundamental de corrente e o coulomb como unidade de carga, e utilizando as formas racionalizadas das leis físicas, o valor de ε₀ é determinado pela relação ε₀ = 1 / (μ₀c²). A escolha do ampere como unidade fundamental implicou que ε₀ é derivada dos valores de μ₀ e c.
Redefinição do SI
Desde 20 de maio de 2019, com a redefinição do Sistema Internacional de Unidades (SI), a carga elementar tornou-se um valor definido. Consequentemente, ε₀ e μ₀ deixaram de ter valores exatos e passaram a ser grandezas determinadas experimentalmente. Elas continuam relacionadas por ε₀μ₀c² = 1 e são expressas em termos da constante de estrutura fina (α).
A permissividade do vácuo (ε₀) é usada na definição do campo de deslocamento elétrico (D) em meios materiais: D = ε₀E + P, onde E é o campo elétrico e P é a densidade de polarização. Em dielétricos lineares, essa relação pode ser simplificada para D = εE = εᵣε₀E, onde ε é a permissividade do meio e εᵣ é a permissividade relativa.
