Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Условные основные величины

СОДЕРЖАНИЕ:
1. Деление основных физических величин на естественные и условные.
2. Электрический ток как условная основная величина.
3. Электрический заряд как условная основная величина.
4. Масса как условная основная величина.
5. Температура, количество вещества и сила света как условные основные величины.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Деление основных физических величин на естественные и условные.

В статье, посвященной основным физическим величинам, приводятся причины, по которым необходимо разделить основные физические величины на естественные и условные. Одной из важных причин ввода в систему единиц СИ в качестве основной величины такой производной величины, как электрический ток, является то, что многие физики и метрологи хотели избавиться от дробных степеней в показателях размерностей и единиц электромагнитных величин, присутствовавших в системе единиц СГС.

Производную величину, условно принимаемую в качестве основной, будем называть условной основной величиной. Размерность такой производной величины может включать в себя размерности естественных основных физических величин, возведенных в разные степени. Чтобы не нарушить стандартное определение основной величины при вводе в набор основных величин производной величины, в современное определение набора основных величин введены слова: "условно выбранные".

Для естественных основных величин характерно то обстоятельство, что для них нет определяющего уравнения, в то время, как для условной основной величины такое уравнение существует. Учитывая это, составители такого, например, стандарта, как РМГ 29-99 (2002) должны были бы ввести в определение основной величины дополнение, согласно которому необходимо было бы указать допустимость введения основной величины, размерность которой определяется уравнением связи. Если бы такое дополнение в стандарте существовало, то введение производной величины в число основных величин было бы легитимизировано, а не носило бы характер волюнтаристского решения, как это получилось при создании СИ.

2. Электрический ток как условная основная величина.

На роль условной основной величины в электромагнетизме логичнее всего подходит электрический заряд. Но точнее и экономичнее можно сделать измерительный эталон электрического тока. Поэтому в СИ была введена условная основная физическая величина (электрический ток) с символом размерности I.

Размерность электрического тока в LMT-системе размерностей (в системе единиц СГСЭ) вытекает из закона Ампера:

dim I = L3/2M1/2T−2 . ( 1 )

После создания СИ электромагнитные величины стали определяться в LMTI-системе размерностей. В результате размерность любой электромагнитной величины в СИ можно получить путем двойной операции. Сначала к размерности величины в СГСЭ добавляется размерность тока в соответствии с выражением (1) и корректируются соответственно показатели степеней, а затем добавляется размерность тока I. Это привело к любопытной и двусмысленной ситуации.

Оказалось, что электромагнитные величины первого порядка (напряженности и все производные от них величины) могут иметь в СИ две равнозначные размерности: одну в LMTI-системе, а другую − в LTI-системе (см. Таблицу величин физического поля в СИ). И теперь, чтобы выяснить, какая из этих двух записей должна использоваться, необходимо смотреть в справочник. Трудно понять, например, почему размерности напряженностей электромагнитного поля в вакууме предписано принимать в LMTI-системе, а размерности напряженностей электромагнитного поля в веществе − в LTI-системе. А размерности величин второго порядка, таких как энергия, сила, вообще не нуждаются в размерности тока I, так как у размерностей этих величин и раньше не было дробных степеней. (И.Коган, 2015б)

Интересно, что при подстановке размерности I из выражения (1) в размерность магнитной постоянной μ0 получается размерность скорости в минус второй степени, соответствующая формуле μ0 = 1/с2. А электрическая постоянная ε0 получает при этом размерность, равную 1. И это соответствует подлинным размерностям этих величин, являющихся фактически размерными коэффициентами, но зато не соответствует тем размерностям, которые получили эти размерные коэффициенты в СИ. Жаль, что в физике и метрологии пока не хотят заметить такое несоответствие.

3. Электрический заряд как условная основная величина.

В систему единиц СИ для устранения дробных показателей размерностей в качестве условной основной величины ввели электрический токи, исходя из практических соображений, но вопреки принципу причинности. В систему естественных физических величин, не нуждающуюся в создании измерительных эталонов, можно ввести в качестве условной основной величины электрический заряд с размерностью Q. Что и сделано И.Коганом (2006, 2015) при создании системы величин ЭСВП. Символом Q уже обозначалась ранее размерность электрического заряда в системе СГСФ, существовавшей в конце XIX века.

В статье, посвященной выводу размерности заряда, показано, что из закона всемирного тяготения Ньютона и закона взаимодействия зарядов Кулона вытекают такие размерности заряда системы q и единичного (элементарного) заряда qe :

dim q = Е1/2L1/2 ,   ( 2 )          и           dim qe = Е1/2L1/2С−1 ,   ( 3 )

где Е является символом размерности энергии (естественной основной физической величины), а С является символом размерности числа структурных элементов (количества считаемых величин), величины, вхождение которой в набор естественных основных величин обсуждается в настоящее время. Из размерности электрического заряда вытекает и размерность электрического тока dim I = QТ−1 .

4. Масса как условная основная величина.

Во всех системах единиц единица массы является основной единицей. В метрологическом справочнике А.Чертова (1990) масса трактуется, как ”одна из основных характеристик любого материального объекта, являющаяся мерой его инертности и гравитации”. Однако измерительный эталон килограмма до его предстоящего переопределения основан на измерении силы тяготения, следовательно, речь идет лишь о гравитационной массе, как мере гравитации.

Высокая точность совпадения значений инертной и гравитационной масс в опытах, проведенных в земных условиях, лежит в основе так называемого принципа эквивалентности масс. Этот принцип лежит в основе работ В.Васильева и В.Ерохина, в которых обосновывается легитимность LT-системы размерностей, предложенной еще Р.О.ди Бартини (1965), и прельщающей многих изяществом форм таблиц физических величин. Однако в статье, посвященной LT-системе Р.О.ди Бартини, и в работе К.Томилина (2006) продемонстрирована метрологическая несостоятельность этой системы. В статье Г.Трунова (2011) показано, что понятие инертной массы должно быть исключено из физики. Из чего следует, что не адекватен и сам принцип эквивалентности масс.

В большинстве естественных систем единиц ХХ века в качестве эталона единицы массы присутствует масса электрона, которую в атомной физике измеряют в единицах энергии (в электрон-Вольтах), а не в килограммах. В табл. 3.4.1 из работы К.Томилина (2006) приводятся 4 физические величины, имеющие единицу энергии и претендующие на то, чтобы эта единица заменила единицу массы электрона в качестве единицы естественной основной величины. В естественной системе величин масса, как условная основная величина, должна быть заменена энергией, как естественной основной величиной. А масса может быть включена только в качестве условной основной величины.

5. Температура, количество вещества и сила света как условные основные величины.

В статье, посвященной размерности термодинамической температуры, подробно пояснено, почему размерность и единица температуры не должны совпадать с размерностью и единицей энергии, а должны зависеть от размерности и единицы теплового заряда.

Точно так же в статье, посвященной считаемым величинам, пояснено, что измерение количества вещества в молях приводит к серьезным затруднениям, и показано, как можно избежать их в процессе обновления (И.Коган, 2015а, 2015в).

К условным основным величинам относится и сила света. Оптическое излучение характеризуется тремя видами фотометрических величин: энергетическими, фотонными и редуцированными (А.Чертов, 1990). Первые из них измеряются в единицах энергии, вторые – в единицах количества считаемых величин. А редуцированные фотометрические величины, к которым относится сила света, связаны с энергетическими фотометрическими величинами расчетными зависимостями. Решение ввести в качестве условной основной величины силы света с единицей кандела принято в связи с тем, что измерительный эталон этой единицы оказался наиболее точным.

Литература

1. ди Бартини, Роберт Орос, 1965, Некоторые соотношения между физическими константами. – Доклады АН СССР, т. 163, № 4.
2. Васильев В.А., 2004, Периодическая система физики и биологическая картина мира. - Десногорск, Изд. ООО "Газета Авось-ка", 140 с.
3. Ерохин В.В., 2008, Абсолютная система физических единиц. – http://new-idea.kulichki.net/?mode=physics&pn=1
4. Коган И.Ш., 2006, Обобщение и систематизация физических величин и понятий. – Хайфа, 207 с.
5. Коган И.Ш., 2015а, Альтернативный путь к Новой СИ (Часть 1. О величинах с размерностью единица). – Законодательная и прикладная метрология, 1, с.с. 29-42
6. Коган И.Ш., 2015б, Альтернативный путь к Новой СИ (Часть 2. О необходимости изменения набора основных величин). – Законодательная и прикладная метрология, 2, с.с. 34-48
7. Коган И.Ш., 2015в, Альтернативный путь к Новой СИ (Часть 3. Кельвин - вариант единицы количества объектов). – Законодательная и прикладная метрология, 3, с.с. 45-56
8. РМГ 29-99, 2002, Государтсвенная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения. - Минск: МГС по стандартизации, метрологии и сертификации, 27 с.
9. Томилин К.А. 2006, Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах. – М.: Физматлит. 368 с.
10. Трунов Г.М., 2011, О возможности исключения из физики понятия «инертная масса макроскопического тела» . – “Мир измерений”, 1.
11. Чертов А.Г., 1990, Физические величины. – М.: Высшая школа, 336 с


© И. Коган Дата первой публикации 16.09.2009
Дата последнего обновления 18.12.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая