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.

Терминология зарядов физического поля

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Слова, дополняющие термин "заряд".
2. Что такое полеобразующий заряд и полевой заряд?
3. Что такое статический заряд?
4. Что такое динамический заряд?
5. Новое понятие − токовый заряд.
6. К чему приводит отсутствие в физике понятия “токовый заряд“.


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).

1. Слова, дополняющие термин "заряд".

Напомним, что под термином заряд (заряд системы, заряд тела), обычно сокращаемым до одного слова "заряд", понимается количество элементарных зарядов в заряженной системе. К понятию “заряд“ в физике добавляют различные прилагательные, которые уточняют физическое содержание этого понятия.

При взаимодействии двух заряженных систем с существенно различающимися значениями зарядов этих систем применяются такие понятия, как полеобразующий заряд, полевой заряд, точечный заряд и пробный заряд.

Физическое поле имеет две формы его математического описания: центральное поле и вихревое поле. Соответственно этому могут применяться и два разных термина: статический заряд и динамический заряд. В качестве статического заряда электрического поля применяют понятие электрический заряд, а для гравистатического поля применяют понятие гравитационный заряд.

Динамический заряд, создающий вихревое поле, существует в двух вариантах: движущийся заряд (заряд заряженной системы, движущийся вместе с системой) и токовый заряд (неподвижная система, внутри которой движутся элементарные заряды).

Как видим, термин "заряд" без дополняющих слов выглядит неопределенно, и применение такого термина создает серьезные затруднения при преподавании.

О свойствах различных видов заряда рассказано в разделе, посвященном систематизации физических полей. В частности, там приведена подробная схема классификации зарядов физического поля.

2. Что такое полеобразующий заряд и полевой заряд?

Если значение одного из зарядов двух взаимодействующих заряженных физических систем существенно больше, чем значение другого заряда, то первый из них называют полеобразующим зарядом, а второй − полевым зарядом (см. первые две строки Таблицы величин физического поля).

С точки зрения взаимодействия полеобразующий заряд и полевой заряд равноправны, оба они создают физические поля, описывающие состояние среды, окружающей заряженные системы, и эти участки среды часто называют оболочками заряженной системы. Когда говорят о взаимодействии зарядов, то речь идет о взаимодействии оболочек физических систем, содержащих заряд. Но разделение этих двух понятий позволяет четче представлять себе, что от чего зависит, и неуклонно придерживаться принципа причинности.

О необходимости применения для этих двух понятий разных терминов говорят разные физики. Например, А.Пуанкаре еще в 1900 г. классифицировал полеобразующий гравитационный заряд как активную массу, а гравитационный полевой заряд как пассивную массу. Для полевого заряда в справочнике по физике Б.Яворского и А.Детлафа (1990) применяют термин “заряд в поле“, похожий по звучанию на термин полевой заряд. Автор полевой физики О.Репченко (2008) ввел для полеобразующего заряда термин “частица-источник“, а для полевого заряда − термин “частица регистрации“.

Если значение полевого заряда ничтожно мало по сравнению с полеобразующим зарядом, то его в современной физике называют точечным зарядом, определяя его, как “заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует“. Другими словами, точечный заряд – это заряд материальной точки. Применяется также понятие пробный заряд, которым называется такой точечный заряд, который условно не искажает исследуемое физическое поле. Однако термины “точечный заряд“, “пробный заряд“ и “материальная точка“ отражают математические абстракции и тем самым противоречат условию реальности. В связи с этим на данном сайте они не применяются.

Заряд также называют стационарным, если его значение неизменно во времени, и нестационарным, если этой неизменности нет. Соответственно, и физические поля могут быть стационарными и нестационарными. Обратим только внимание на то, что в технической литературе термин “стационарный“ нередко понимают, как “неподвижный“ в пространстве. По отношению к физическим полям термин “стационарный“ следует понимать, как “не изменяющийся во времени“.

3. Что такое статический заряд?

Введение разных терминов "статический заряд" и "динамический заряд" призвано подчеркнуть различие между положением заряженной системы относительно начала координат системы отсчета. Если заряженная система неподвижна относительно системы отсчета, то ее заряд будем называть статическим. Правда, следует понимать только взаимную неподвижность заряженной системы и системы координат, а не отсутствие движения зарядов вообще. В общем случае в движении может находиться сама система отсчета. Статический полеобразующий заряд создает центральное физическое поле. Поэтому его называют обычно зарядом центрального поля.

Статический заряд заряженной системы состоит из какого-то количества элементарных зарядов. Если система однородна и находится в равновесном состоянии, то все элементарные заряды неподвижны относительно центра заряда системы. При нарушении равновесия внутри заряженной системы отдельные элементарные заряды становятся подвижными относительно центра системы на тот период, пока в системе происходит переходный процесс, после завершения которого заряженная система вновь приходит к равновесному состоянию.

Статический заряд системы является скалярной величиной. Полеобразующий статический заряд будем обозначать символом Q, а полевой статический заряд - символом q. Изменение количества элементарных зарядов в системе также является скалярной векторной (dQ/dt или dq/dt). В электромагнетизме эти производные по времени нельзя считать электрическим током проводимости. Различие между обозначениями гравитационного и электрического статических зарядов в Таблице величин физического поля будет отмечаться нижним индексом: "g" или "e".

4. Что такое динамический заряд?

Если элементарные заряды движутся, независимо от того, движутся ли они вместе с заряженной системой или относительно неподвижной заряженной системы внутри нее, то заряд системы будем называть динамическим зарядом. Поскольку любая физическая величина, характеризующая движение, является величиной векторной, будем обозначать динамический заряд символами Q (полеобразующий динамический заряд) и q (полевой динамический заряд).

Динамический заряд создает вихревое поле. В зависимости от взаимосвязи единичных зарядов с заряженной системой можно рассматривать две разновидности динамического заряда:

1. Если единичные заряды неподвижны вместе с заряженной системой и при этом неподвижны относительно нее, то заряд системы называют движущимся зарядом. Движущийся прямолинейно полеобразующий заряд определяется формулой Q = Qv, где v = dl/dt − скорость движения заряженной системы, а dl − линейное перемещение системы. Движущийся прямолинейно полевой заряд определяется формулой q = qv.

2. Если единичные заряды перемещаются через неподвижную систему, то их перемещение внутри этой системы называют потоком элементарных зарядов, сокращенно потоком зарядов. В современной физике в термине “поток зарядов“ отсутствует слово “элементарныхх“, и это вводит в заблуждение, так как неясно, что движется. Поэтому в данном случае для указанной разновидности динамического заряда следует применять собственный термин, будем называть его токовым зарядом. В современной физике понятие “токовый заряд“ отсутствует, и это создает немалые методологические затруднения. Поэтому этот термин рассмотрим дополнительно и более подробно.

5. Новое понятие − токовый заряд.

В случае прямолинейного движения элементарных электрических зарядов через неподвижную систему будем говорить о токовом заряде прямого тока, определяемом выражением (il), где iэлектрический ток как векторная величина, l − длина прямолинейного участка проводника. Слова “прямого тока“ часто опускаются, так как перемещение элементарного заряда предполагается прямолинейным. Аналогичная, только скалярная величина под названием “токовый элемент“ в виде выражения (il) была ранее предложена А.Чуевым (2003).

В современной физике и метрологии определяющее уравнение для электрического тока выглядит неверно в виде i = dq/dt, в котором под dq подразумевается элементарное количество единичных зарядов, переносимых через любое сечение проводника за интервал времени dt. Как показано в статье, посвященной электрическому току, скалярное выражение (dq/dt) может характеризовать только скорость изменения количества элементарных электрических зарядов в неподвижной системе.

Поток элементарных зарядов имеет направление, он характеризуется векторной величиной, определяемой уравнением i = d(qv)/dl или I = d(Qv)/dl, в котором v − скорость перемещения единичных зарядов вдоль проводника. Поэтому полеобразующий токовый заряд (прямого тока) будем обозначать выражением (Il), а полевой токовый заряд будем обозначать выражением (il).

Токовый заряд (il) имеет ту же размерность, что и движущийся заряд (qv), но эти две величины имеют разное физическое содержание. И движущийся, и токовый заряды создают вихревое физическое поле, но движущийся заряд движется вместе с создаваемым движущейся заряженной системой центральным полем, а в случае применения понятия "токовый заряд" речь идет о движении элементарных зарядов в неподвижной системе, которая не создает центрального поля.

6. К чему приводит отсутствие в физике понятия “токовый заряд“

Необходимость введения понятия “токовый заряд“ обусловлена тем, что в электродинамике скорости электронов внутри проводника не измеряются. Зато повсеместно измеряется поток электронов, проходящий через сечение проводника в единицу времени, и производная от него величина − электрический ток. В частности, ток входит в закон Био-Савара-Лапласа, записываемый в физике как dВ = ki[dl r]/r3. В такой записи элементарный токовый заряд (idl) присутствует в формуле неявно.

Однако токовый заряд (il) является самостоятельной физической величиной, и поэтому выносить за скобки любой из сомножителей этого произведения нельзя, не утратив при этом физического содержания токового заряда. В законе Био-Савара-Лапласа это требование не выполняется. Правильна такая запись закона Био-Савара-Лапласа: dВ = k[(idl) r]/r3.

Аналогичное недоразумение происходит и при записи закона Ампера в виде dF = i [dl B], когда векторный характер силы взаимодействия dF определяется векторным произведением элементарной длины dl на вектор магнитной индукции В. Правильна запись закона Ампера в виде dF = [(idl) B]. При применении современной записи закона Ампера для определения силы взаимодействия двух токовых зарядов происходит недопустимое сокращение в числителе и знаменателе и закон Ампера приводится в виде формулы для модуля силы взаимодействия.

В статье, посвященной “магнитному заряду“, показано, что это понятие является синонимом понятия “элементарный токовый заряд“.

Литература

1. Чуев А.С., 2003, О существующих и теоретически возможных силовых законах, обнаруживаемых в системе физических величин. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5811.html
2. Репченко О.Н, 2008, Полевая физика или Как устроен мир? Изд. 2-е – М.: Галерия, 320 с.
3. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. М.: Наука, Физматгиз, 624 с.

© И. Коган Дата первой публикации 1.06.2008
Дата последнего обновления 30.05.2012


Оглавление раздела Предыдущая Следующая