Ich heiße Alexander FufaeV und hier schreibe ich über:

Was ist die elektrische Feldkonstante?

Die elektrische Feldkonstante ist eine Naturkonstante und wird mit $ \varepsilon_0 $ notiert (ausgepsrochen: "Epsilon Null"). Sie hat den folgenden Wert:

$$ \begin{align} \varepsilon_0 ~=~ 8.854 \, 187 \, 8128 ~\cdot~ 10^{-12} \, \frac{\mathrm{As}}{\mathrm{Vm}} \end{align} $$

Die Einheit von $\varepsilon_0$ ist beispielsweise Amperesekunde pro Voltmeter oder Farad pro Meter:

$$ \begin{align} \frac{\mathrm{As}}{\mathrm{Vm}} ~=~ \frac{\mathrm{F}}{\mathrm{m}} ~=~ \frac{\mathrm{A}^2\,\mathrm{s}^4}{\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^3} \end{align} $$

Die elektrische Feldkonstante tritt in den Gleichungen auf, die mit elektrischen Feldern zu tun haben. Zum Beispiel im Coulomb-Gesetz oder in der Wellengleichung für elektromagnetische Wellen.

Die elektrische Feldkonstante legt in unserem Universum fest, wie stark sich elektrische Ladungen anziehen oder abstoßen dürfen.

Die anziehende und abstoßende Kraft zwischen den Ladungen.

Die elektrische Feldkonstante legt zusammen mit der magnetischen Feldkonstante $\mu_0$ fest, wie groß die Lichtgeschwindigkeit $c$ im Vakuum sein soll:

$$ \begin{align} c ~=~ \sqrt{\frac{1}{\mu_0 \, \varepsilon_0}} \end{align} $$

Eine andere Bezeichnung für $\varepsilon_0$ ist Permittivität des Vakuums (to permeate = durchdringen). Die alternative Bezeichnung kommt daher, weil $\varepsilon_0$ auch festlegt, wie leicht / schwer elektrische Felder das Vakuum durchdringen können. Permittivität $\varepsilon$ des Wassers beispielsweise, ist ungefähr das achtzigfache der Permittivität des Vakuums: $ \varepsilon = 80 \cdot \varepsilon_0 $. Hierbei wird der Faktor $ \varepsilon_{\text r} = 80 $ als relative Permittivität bezeichnet.

Wie kann die elektrische Feldkonstante experimentell bestimmt werden?:
Die elektrische Feldkonstante $ \varepsilon_0 $ kann beispielsweise mit einer sogenannten Coulomb-Drehwaage experimentell bestimmt werden. Ähnlich wie die Eötvös-Gravitationswaage nutzt sie das Drehmoment aus, welches von zwei bekannten Ladungen $ q_1 $ und $ q_2 $ aufeinander ausgeübt werden.

Aus der experimentell bestimmten elektrischen Kraft $ F_{\text e} $ zwischen den beiden Ladungen kann mit dem Coulomb-Gesetz der Wert der elektrischen Feldkonstanten herausgefunden werden:

$$ \begin{align} \varepsilon_0 ~=~ \frac{1}{4\pi F_{\text e}} \, \frac{q_1 \, q_2}{r^2} \end{align} $$