一般介電材料雖然是電中性，但外加電場可造成正負電荷的微觀分 離，此現象被視為介電材料之極化，為材料電學特性對於外加電場的反應。
材料的介電度(permittivity)或介電常數(dielectric constant)ε，為判斷該材料 極性的基準，在頻率域中為外加電場頻率的函數。因為土壤是各種孔隙液 體、空氣以及不同礦物、粒徑、形狀、與排列土壤顆粒所構成的孔隙介質，
故存在不同的極化作用與電磁學反應，這些與土壤物理特性相關因素集合
部分，因此介電頻譜為與土壤物理性質有關的函數（Hilhorst and Dirkson, 1994；Lin et al., 2003）。
Topp et al.（1980）定義了視介電常數 Ka(apparent dielectric constant)，
可由量測電磁波在纜線傳播的視傳遞波速va（apparent propagation velocity）
求得，而va與Ka的關係如式2-2
a
a k
v = c （2-2）
其中 c 為光速。研究指出，視介電常數 Ka對應於等值介電頻譜之高頻實部 部份，而土壤之界面效應與頻散現象在高頻部分並不彰顯(Hilhorst, 1998；
Lin 1999)。由於水之介電常數與土壤顆粒或空氣之介電常數差異甚大（空 氣之介電度為1，大部分土壤顆粒礦物之介電度約為 3-5 之間，而水之介電 為孔隙液體所組成，路徑 3 則為顆粒與顆粒所組成。Arulanandan 與 Smith
（1973）提出因為土壤的顆粒與顆粒之間的接觸面積太小，對於整體的導 電度影響很小，因此路徑 3 通常忽略不計，而以路徑 1 與路徑 2 為電流的 傳導路徑。至於無細粒料的砂土與礫石的傳導路徑以孔隙水為主（Jackson, 1973）。含細粒料的岩石與砂土，還有黏土土壤，其導電路徑則是孔隙水以 及黏土礦物的表面電荷為主（Rhodes et. Al, 1976；Urish, 1981 ）。
圖2- 4 電流於多孔隙介質中三種主要傳導路徑（修改自 Sauer, 1955）
Archie（1942）對於飽和狀態下的岩石與砂礫石電阻率與孔隙率、孔隙 水電阻率之間的關係，提出一簡單的經驗公式如下：
m wn aρ −
=
ρ （2-3）
ρ為總體電阻率（ohm-m），ρw為孔隙液體電阻率，a、m 則為待定係數，和 孔隙形狀與內含的細料含量及膠結程度有關；至於非飽和狀態下的電阻率
1966;McNeill, 1990）：
電阻率的倒數即為導電度（S/m），Shan 與 Singh（2005）以導電度的 觀點，提出了較為廣義的（generalized Archie’s law）如式 2-5：
m
式中c、m 為待定參數，與土壤種類有關，F 為結構因子（Formation Factor）， 體積含水量θ為重量含水量ω乘上土壤乾單位重γd與水單位重γw的比值。
而由式 2-5 中可知導電度σ與體積含水量θ約略呈正比關係。此外 Shan 與 Singh（2005）為探討（generalized Archie’s law）的適用性，整理過去文獻 中所使用多種土樣的實驗結果，並配合四種截然不同特性的土壤樣本，進 行夯實試驗，求取不同重量含水量下的導電度變化如圖2- 5。Shan 與 Singh 並進一步標定圖2- 5 中σmax左側之 1/F 與θ的變化關係，以率定不同土壤特 性下的c、m 值，其結果如圖 2- 6 所示。結果中指出，在砂土與礫石的土壤
中，c 值約等於 1；而 m 值約介於 1.5~2.0；在靈敏性的黏土中，c 值通常大 於1，而 m 值則介於 1.36~3.5 左右。此外，文中引述相關文獻（Williams and Hoey, 1987; Rhoades, 1989; Durlesser and Stanjek, 1997; Worthington, 1993;
Auerswald et al., 2001），認為粘土含量（CL）與 c 、m 值有某種程度的相 關性，當CL≥5%，c=0.6CL0.55，m=0.92CL0.2；當CL＜5%，c≈1.45，m≈1.25。
因此c、m 值隨不同種類土壤有某種程度的變異性存在。
圖2- 5 土樣 white clay（WC）之σ與w變化圖（Shan and Singh, 2005）
圖 2- 6 不同特性土樣之 1/F 與θ變化圖（Shan and Singh, 2005）