Hopp til innhold

Elektrisk konstant

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

Den elektrisk konstanten er en fysisk konstant som benyttes i SI-systemet for å uttrykke den elektriske kraften som en elektrisk ladning utøver på andre ladninger. Fremdeles blir den ofte omtalt med det tidligere navnet permittiviteten til vakuum eller vakuumpermittiviteten. Den betegnes ved symbolet ε0 og har nå verdien

hvor tallet i parentes står for usikkerheten i de siste desimalene.[1]

Navnet for denne konstanten kan føres tilbake til tidligere idéer om eksistensen av en mekanisk eter som kunne inneholde elektriske og magnetiske felt. I stedet for et slikt fysisk medium, antar man i dag eksistensen av et vakuum.[2]

Definisjoner[rediger | rediger kilde]

Konstanten har sitt utspring i Coulombs lov. Den gir kraften mellom to ladninger q1 og q2 med avstand r  som

hvor ke er Coulombs konstant. Den avhenger av hvilken måleenhet som benyttes for elektrisk ladning. For eksempel i CGS-systemet er enhetene valgt slik at ke = 1 uten at en elektrisk konstant må innføres. Derimot i SI-systemet måles ladning i coulomb C som betyr at Coulomb-konstanten må skrives som

Her inngår den elektriske konstanten slik at Coulomb-kraften kommer ut med den mekaniske måleenheten newton N for kraft.

Gjennom lyshastigheten c  i vakuum er den elektriske konstanten direkte knyttet til den magnetiske konstanten μ0. Denne gir kraften mellom to strømførende ledninger ved bruk av Ampères kraftlov. De inngår begge i Maxwells ligninger for elektromagnetiske felt og er forbundet ved ligningen

Siden 1983 har lyshastigheten vært definert slik at den har den eksakte verdien c = 299 792 458 m/s. Inntil 2019 var den magnetiske konstanten definert som

da den inngikk i definisjonen for strømenheten ampere A i SI-systemet. Verdien til den elektriske konstanten var dermed også bestemt og den kunne angis uten noen usikkerhet.[3]

Ny definisjon[rediger | rediger kilde]

Det internasjonale byrå for mål og vekt (BIPM) vedtok i 2019 at strømenheten ampere A skulle defineres på en helt ny måte slik at den lettere kunne realiseres i laboratoriet. Man benytter da at elektrisk strøm tilsvarer elektrisk ladning per tidsenhet slik at 1 A = 1 C/s. Ladningsenheten coulomb C skulle nå defineres fra elementærladningen e som tilsvarer elektronets ladning, mens sekundet s fremdeles er presist bestemt ved et kvantesprang i atomet Cs-133. Samtidig med denne forandringen av måleenheten for elektrisk strøm, ble også Plancks konstant h definert på en ny måte basert på den kvantiserte Hall-effekten.[3]

På denne måten vil hverken lyshastigheten c, elementærladningen e eller Planck-konstanten h ha noen måleusikkerhert lenger. De er alle definerte størrelser og inngår direkte i finstrukturkonstanten α. Denne kan bestemmes meget presist fra eksperiment basert på kvanteelektrodynamikk. Da den elektriske konstanten kan uttrykkes som

vil den dermed nå ha en eksperimentell usikkerhet som er direkte knyttet til usikkerheten i finstrukturkonstanten. Denne usikkerheten vil derfor nå også opptre i den magnetiske konstanten. Sammen bestemmer de lyshastigheten som før og denne ligger fast.

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ NIST, Vacuum electric permittivity, CODATA reference value (2018).
  2. ^ O. Darrigol, Electrodynamics from Ampere to Einstein, Oxford University Press, England (2002). ISBN 0-19-850594-9.
  3. ^ a b I.S. Grant and W.R. Phillips, Electromagnetism, John Wiley & Sons, New York (2006). ISBN 0-471-92712-0.