Costante dielettrica

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La permittività elettrica (nel Sistema Internazionale), o impropriamente costante dielettrica nel linguaggio comune, compare nella legge di Coulomb e varia secondo il materiale in cui sono immerse le cariche elettriche.

In un dielettrico si manifestano delle cariche libere, di polarizzazione $- σ p$ e $+ σ p$ . Il termine costante dielettrica $\varepsilon$ del dielettrico fornisce una quantificazione di tale polarizzazione.

Essa si misura in farad su metro $\frac{F}{m}=\frac{C^2}{m^2 \cdot N}$ .

Nel vuoto prende il nome di permittività elettrica del vuoto e vale:

$\varepsilon_0 = 8,8541878176 \cdot 10^{-12} \frac{C^2}{m^2 \cdot N}$

Negli altri mezzi si indica con $\varepsilon$ ed è posta uguale a:

$\varepsilon = \varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r$

dove $\varepsilon_r$ viene chiamato permittività elettrica relativa (costante dielettrica relativa) ed è un numero adimensionale sempre maggiore di 1.

Poiché nella legge di Coulomb la permittività (costante dielettrica) compare al denominatore, la forza che si esercita fra due cariche elettriche, in valore assoluto, è massima nel vuoto e diminuisce al crescere della permittività relativa.

Ciò significa che minore è la costante dielettrica di un mezzo, più esso presenterà caratteristiche isolanti, dato che, se si collocano due corpi di carica opposta alle estremità di una barretta di materiale dielettrico (quindi con costante dielettrica bassa) insorge un campo elettrico lungo la barretta, dando così una forza (legge di Coulomb) alta; al contrario, se tra le due cariche viene posto un materiale conduttore (quindi con costante dielettrica alta), la carica fluisce attraverso di esso e il campo elettrico si annulla dopo pochi istanti, dando così una forza (legge di Coulomb) bassa. Occorre ricordare che i materiali isolanti vengono anche chiamati dielettrici.

Nel caso dell'aria, la permettività elettrica è $\varepsilon_r = 1,00059$ , approssimata ad 1 che è il valore assegnato alla costante dielettrica nel vuoto. L'aria è l'unico mezzo fisico che viene assimilato allo spazio vuoto.

[modifica] Importanza in chimica

In chimica, particolarmente importante risulta la valutazione della costante dielettrica che caratterizza un dato solvente, in quanto questa grandezza permette di stabilire quale solvente sia più opportuno per portare in soluzione un dato soluto. Ad esempio, l'acqua possiede costante dielettrica relativa molto elevata (78,5) ed è perciò in grado di solubilizzare i composti ionici o fortemente polari. Di contro il benzene, con valore della costante dielettrica relativa 2,30, risulta un solvente molto utile per ottenere soluzioni di composti organici poco polari (o apolari) e non idrosolubili. L'etanolo è un solvente con caratteristiche intermedie, possedendo $\varepsilon_r$ eguale a 28.

La costante dielettrica di un solvente non è utile solamente nello studio della solubilità, ma risulta anche un importante parametro nella trattazione di processi elettrochimici, quale ad esempio l'elettroforesi, o nella trattazione termodinamica dei colloidi.