真空介电常数,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,真空介电常数的数值为: ε0= 8. 854187817 × 10-12F/ m=1/(36*π)× 10-9法拉/米(F/m);
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基本概念
真空介电常数,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,真空介电常数的数值为:ε 0= 8. 854187817 × 10 -12F/ m=1/(36*π)× 10 -9F/m(法拉/米);真空介电常数是物理量在度量时引进的常数( 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。ε 0=1/(μ 0C 0 2)其中,c 0是光波传播于真空的光速,μ 0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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与真空背景周期的关系
值得一提的是,t =8.81 ×10秒在数值上刚好近似等于 真空介电常数ε 0,这两个量之间有什么关系呢? 为了说明这个问题,这里假定真空中有二个带有相同电量( 电量为 e) 的点电荷相互作用,相互作用势能为Ep=e 2/ε 04πr如果单个电荷以周期 t 做圆周运动,则电流强度为 I = e/t. 根据实验结果,电阻的表达式可写为:R = ρl/s其中 ρ 为电阻率,l 为介质的长度,s 为介质的横截面积,电流的方向垂直于横截面。对两个点电荷来说,虽然它们“静止”,但它们受“真空背景温度”的影响,也在做轻微的热运动,这个运动可看成是简谐运动( 也可用圆周运动来进行描述) ,运动方向在两个点电荷之间,周期为( 即前面的所说的“真空背景周期”)。运动电荷对应的电流可认为就是位移电流,这种运动使两个电荷间的电场也发生了周期性的变化,变化的周期也为t. 由于位移电流的本质就是变化的电场,则 e/t 在数值上可表示电流的空间分布,电流方向垂直于以 r 为半径的球面,(5) 式中的横截面积为 s =4πr2.由于系统处在真空之中,电阻率很大(相对于导体来说) ,但电子的运动是自由的,两个点电荷间的电阻为:R = ρr/4πr= ρ1/4πr一个电荷相对一另一个电荷的电势 U = IR = ρe/t·1/4πr,相对应的电势能为Ep= eU = ρ.e/t4πr比较势能表达式( 4) 式和( 6) 式可知 ε0= t / p,表明真空介电常数 ε0与真空背景周期成正比. 如果假定电阻率 ρ =1,真空背景周期与真空介电常数在数值上完全相等. 根据( 3) 式得:ε 0=h/2KTρ上式说明真空背景温度与真空介电常数成反比,这个结果也显示现实真空环境与宇宙背景有直接关系.虽然用 e/t 来表示位移电流的空间分布并不严格,但是足以说明真空介电常数的测量值与宇宙背景温度有很大程度的关联。