Elektrische Feldkonstante

physikalische Konstante

Die elektrische Feldkonstante, auch Permittivität des Vakuums oder Influenzkonstante 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)

NamensgebungBearbeiten

Die deutschsprachigen Version der SI-Broschüre, des Referenzdokuments des Internationalen Einheitensystems, verwendet die Begriffe elektrische Feldkonstante und Permittivität des Vakuums synonym.[1] Die Internationale Elektrotechnische Kommission hingegen lehnt Permittivität des Vakuums und Influenzkonstante ausdrücklich ab.[2][3]

BedeutungBearbeiten

Die elektrische Feldkonstante verknüpft elektrische und mechanische Größen, die über das Coulombsche Gesetz

 

in Beziehung stehen.[2]

Diese Formel gilt im Vakuum; in Anwesenheit polarisierbarer Medien gelten andere, für das Medium spezifische Werte  . Man bezeichnet   als die Permittivität. Sie 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.

Im elektrostatischen und im gaußschen Einheitensystem sind die elektromagnetischen Größen über die Formulierung des Coulomb-Gesetzes als

 

definiert. Hier wird die elektrische Feldkonstante nicht benötigt.

Einheiten und NaturkonstantenBearbeiten

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

 

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

  und damit
 

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

 

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.[4]

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. 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. a b International Electrotechnical Commission (IEC): International Electrotechnical Vocabulary (IEV). ref. 121-11-03, electric constant (abgerufen am 18. Juli 2022).
  3. Deutsche Ausgabe des IEV, (abgerufen am 19. Februar 2022).
  4. 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).