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[科普中国]-或真空电容率

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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(近似值)。

或真空电容率permittivity of free space 或 permittivity of the vacuum

MKSA有理制(国际单位制的电磁学部分)中引入的一个有量纲的常量 。又称真空介电常量 ,表为ε0,在国际单位制中,ε0=8.854187817×10-12F/m。

ε0和真空磁导率μ0以及电磁波在真空传播速率c之间的关系为 (见光速)。真空平行板电容器的电容为,若取S为单位面积,d为单位距离,则C=ε0,真空电容率的名称即源于此。

真空电容率(vacuumpermittivity)是一个重要且基本的物理常数,又称为真空介电常数。
本身是一个精确值,不存在不确定度,其大小等于ε0=1/(μ0×c2),其中μ0为真空磁导率,c为真空中光速,因为这两者的值都是精确值,所以ε0也是精确值。μ0=4π×10-7N/A2,c=299792458m/s,所以可算出ε0≈8.854187817×10-12F/m,注意,这里的“≈“并不是因为不精确,而是因为ε0的精确值是一个无理数,这个无理数的本身的大小是确定的。
在国际单位制里,常数和都是准确值。所以,关于米或安培这些物理量单位的数值设定,不能采用定义方式,而必须设计精密的实验来测量计算求得。由于是个无理数,的数值只能够以近似值来表示。

真空电容率也出现于库仑定律,是库仑常数的一部份。

对于线性介质,电容率与真空电容率的比率,称为相对电容率,请注意,这公式只有在静止的、零频率的状况才成立。对于异向性材料,相对电容率是个张量。

量子诠释在量子力学里,电容率可以用发生于原子层次和分子层次的量子作用来解释。
在较低频率区域,极性介电质的分子会被外电场电极化,因而诱发出周期性转动。例如,在微波频率区域,微波场促使物质内的水分子做周期性转动。水分子与周边分子的相互碰撞产生了热能,使得含水分物质的温度增高。这就是为什么微波炉可以很有效率的将含有水分的物质加热。水的电容率的虚值部分(吸收指数)有两个最大值,一个位于微波频率区域,另一个位于远紫外线(UV)频率区域。这两个共振频率都高于微波炉的操作频率。
在中间频率区域,高过促使转动的频率区域,又远低于能够直接影响电子运动的频率区域,能量是以共振的分子振动形式被吸收。对于水介质,这是吸收指数开始显著地下降的区域。吸收指数的最低值是在蓝光频率区域(可见光谱段)。这就是为什么日光不会伤害像眼睛一类的含水生物组织。
在高频率区域(像远紫外线频率或更高频率),分子无法弛豫。这时,能量完全地被原子吸收,因而激发电子,使电子跃迁至更高能级,甚至游离出原子。拥有这频率的电磁波会导致电离辐射。1

本词条内容贡献者为:

王海侠 - 副教授 - 南京理工大学