真空介电常量

更新时间:2023-09-20 10:49

真空介电常量,又称为真空电容率,或称电常数,是一个常见的电磁学物理常数,符号为ε0。在国际单位制里,真空介电常量的数值为:

历史背景

如同前面所述,真空电容率是一个度量系统常数。它出现于电磁量的定义方程,主要是因为一个称为理想化的程序。只使用纯理论的推导,麦克斯韦方程组奇异地预测出,电磁波以光速传播于自由空间。继续推论这个预测,就可以给出具体的数值。若想了解为什么会有这个数值,需要阅读一下电磁度量系统的发展史。

在以下的讲述中,注意经典物理学并不特别区分“真空”和“自由空间”这两个术语。在当代文献里,“真空”可能指为很多种不同的实验状况和理论实体。在阅读文献时,只有上下文可以决定术语的含义。

基本概念

真空介电常数是在库仑定律中引入的,是体现真空中两个电荷相互作用力的一个常数,为ε0=8.85e-12(F/m)。

库仑定律定义了真空中两点的相互作用力与两点电荷乘积成正比,与两点距离平方成反比,电荷异性相吸同性相斥:

F=k*q1q2/r^2

其中k为常数。

为了便于工程计算,库仑定律中的常数k和真空介电常数ε0存在以下关系:

k=1/4πε0

上式中π的引入是工程上计算所需,电场中经常用到球面或球体。

真空介电常量是电磁学中在度量物理量时引进的常数(主要是库仑定律中对电荷量的度量)。根据麦克斯韦方程组可推知真空介电常数与其它物理常数的关系:

其中,c是光波传播于真空的光速, 是真空磁导率。上式可作为真空介电常数的定义式。

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