Elektrische Feldkonstante

physikalische Konstante

Die elektrische Feldkonstante, Influenzkonstante oder Permittivität des Vakuums [1] ist eine physikalische Konstante, die eine Rolle bei der Beschreibung von elektrischen Feldern spielt. Sie gibt das Verhältnis der elektrischen Flussdichte zur elektrischen Feldstärke im Vakuum an. Der Kehrwert der elektrischen Feldkonstanten tritt als Proportionalitätsfaktor im Coulomb-Gesetz auf.

Physikalische Konstante
Name Elektrische Feldkonstante
Formelzeichen
Größenart Permittivität
Wert
SI 8.8541878128(13)e-12
Unsicherheit (rel.) 1.5e-10
Planck-Einheiten (4π)−1
Bezug zu anderen Konstanten

: Magnetische Feldkonstante
: Lichtgeschwindigkeit
Quellen und Anmerkungen
Quelle SI-Wert: CODATA 2018 (Direktlink)

Permittivität des VakuumsBearbeiten

Die Permittivität   gibt an, wie stark das elektrische Feld   ist, das sich an einer bestimmten Stelle des Raumes in Abhängigkeit von einem gegebenen Erregerfeld   ausbildet:  . Im Vakuum gilt:  . Daher bezeichnet man   auch als Permittivität des Vakuums. Die Permittivität eines Stoffes wird oft als Vielfaches von   angeben:  , wobei   die relative Permittivitätszahl des Stoffes ist (für das Vakuum gilt per Definition:  ).

Zahlenwert und EinheitBearbeiten

Aus den Maxwell-Gleichungen ergibt sich im Internationalen Einheitensystem (SI) ein einfacher Zusammenhang zwischen der elektrischen Feldkonstante, der magnetischen Feldkonstanten   und der Lichtgeschwindigkeit  :

 .

  lässt sich aus der mit Messunsicherheit behafteten Feinstrukturkonstante   und den exakt festgelegten Naturkonstanten Lichtgeschwindigkeit (c), Elementarladung (e) und Planck-Konstante (h) bestimmen:

 

Die Einheit von   kann auf verschiedene Weisen durch die abgeleiteten SI-Einheiten Volt (V), Coulomb (C) und Farad (F) ausgedrückt werden:

 

GeschichteBearbeiten

Nachdem 1948 erst die magnetische Feldkonstante μ0 und 1983 auch die Lichtgeschwindigkeit c durch die Definition der Maßeinheiten Ampere bzw. Meter auf einen exakten Wert festgelegt wurden, war damit bis zum Jahr 2019 auch der Wert der elektrischen Feldkonstante exakt festgelegt. Er betrug:

 

Durch die auf der 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht beschlossene Revision des Internationalen Einheitensystems erfolgt die Definition des Ampere seit dem 20. Mai 2019 auf Basis der Elementarladung und der Definition der Sekunde. Die magnetische Feldkonstante und damit auch die elektrische Feldkonstante sind seitdem mit Messunsicherheit behaftete Messgrößen.[2]

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Die deutschsprachigen Version der SI-Broschüre, des Referenzdokuments des Internationalen Einheitensystems, verwendet die Begriffe elektrische Feldkonstante und Permittivität des Vakuums synonym – siehe: Das Internationale Einheitensystem (Übersetzung der SI-Broschüre, 8. Ausgabe), Kap. 1.2. In: PTB Mitteilungen. Band 117, Nr. 2, 2007, S. 149 (ptb.de [PDF; 4,7 MB]). Gleiches gilt für die französische und englische Originalfassung (constante électrique, permittivité du vide bzw. electric constant, permittivity of vacuum). Eine offizielle Übersetzung der 9. Auflage von 2019 liegt noch nicht vor.
  2. Resolution 1 of the 26th CGPM. On the revision of the International System of Units (SI). Bureau International des Poids et Mesures, 2018, abgerufen am 28. September 2021 (englisch).