物理学中,真空介电常数是一个重要常数,用ε0表示。
我们假设一正一负两电荷(电量为e)在相距距离为r的地方“静止”。其势能为:
应指出,两电荷“静止”不代表其绝对静止,它们也在真空背景温度下悄悄运动。这个运动可看成简谐运动(也可用圆周运动来描述),周期为t。因此,某个电荷要产生电流I,且I=e/t。
由于电荷运动其电场也跟着变化(指空间静止某点的电场强度变化),又由于位移电流的本质是变化电场,所以这种变化的电场就会在两电荷之间传递,形成电流。此处的位移电流周期也为t,大小也为I=e/t。因为位移电流的表述式可写为:
这里,E为电场强度,S为截面积,∫S为面积分。
式子右边的积分可等电量Q,因此此式仍满足I=dQ/dt的关系。而这里的I=e/t是从定义式I=dQ/dt推出,因此 I=e/t 可表示这里的位移电流在空间分布的大小。
我们再根据相对性原理得出,任何物理规律都有相同的数学表达式。因此,某电流所受的电压(或电势)e/(ε04πr)也应满足欧姆定律U=IR。其中,U为电压,R为电阻。
根据实验结果,电阻的表达式为
我们又知道,导体的电阻是由其内部的杂质而引起,而对于真空来说,其中没有杂质。因此,真空的电阻只有几何因素,没有物质结构因素(电阻率)。或者说,真空没有电阻率这个概念,真空的电阻率可看作1,没有转化系数。对于两点电荷来说,其位移电流的电阻为:
用这个电阻乘以单个电荷的电流I,有
它等于受到的电压,有
把
将t=1.762×10-11代进去,可得真空介电常数的理论值:
这和实验值 ε0=8.85 × 10-12 F/m 相比较,基本相符。说明了推导的可行性与合理性。
真空介电常数本质上应是时间的量纲。