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.

Электрическая постоянная и магнитная постоянная -
это размерные коэффициенты, а не константы

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Что такое размерный коэффициент?
2. Краткие сведения из истории электрической постоянной и магнитной постоянной.
3. Электрическая постоянная и магнитная постоянная в истории метрологии.
4. Физическая бессодержательность электрической и магнитной постоянных.
5. Фазовая скорость распространения продольных волн в упругой среде.
6. Электромагнитная постоянная и скорость света имеют различное физическое содержание.


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. Что такое размерный коэффициент?

В определяющих уравнениях многих физических величин присутствуют так называемые размерные коэффициенты, играющие важную роль в физике. Метрологический справочник А.Чертова (1990) не приводит определение понятия "размерный коэффициент", ограничиваясь упоминанием о коэффициенте пропорциональности в определяющих уравнениях. Однако в число сомножителей такого коэффициента пропорциональности могут входить числа, безразмерные критерии подобия и размерные коэффициенты.

Удачное определение для размерного коэффициента, на наш взгляд, привел А.Вильшанский (2014): "коэффициент, размерность которого приводит в соответствие размерности величин слева и справа от знака равенства; численное значение размерного коэффициента определяется опытным путем". Исходя из этого определения, правильно было бы говорить о размерностном коэффициенте (от английского слова - dimensionless), но в русскоязычной литературе уже стало привычным произношение "размерный коэффициент".

К размерным коэффициентам относят в современной физике электрическую постоянную ε0 в законе Кулона и магнитную постоянную μ0 в законе Ампера. Покажем, что эти размерные коэффициенты не являются физическими константами, как это следует из их названия. Укажем также на то, что записи законов Кулона и Ампера в современной физике следовало бы изменить.

2. Краткие сведения из истории электрической постоянной и магнитной постоянной.

В 1785 г Ш.Кулон установил закон взаимодействия электрических зарядов. Для выполнения правила размерностей в этом законе Ш.Кулон ввел размерный коэффициент пропорциональности k, зависящий от той системы единиц, в единицах которой подставляются присутствующие в законе Кулона физические величины. Поскольку размерность коэффициента k в законе Кулона зависела от принятой системы единиц, то k стали называть размерным коэффициентом. Другой размерный коэффициент появился в установленном в 1820 г. законе Био-Савара-Лапласа, определяющем магнитную индукцию в вихревом поле.

Эти два размерных коэффициента, обозначенные впоследствии символами ε и μ, стали называть диэлектрической и магнитной проницаемостями вещества. Их включили в определяющие уравнения для сил электрического и магнитного взаимодействия и стали считать константами, количественно разными для каждого вещества. Дж.Максвелл в 1860-1865 г.г. обнаружил, что произведение этих констант связано с фазовой скоростью распространения поперечных электромагнитных волн vph в конкретном веществе с помощью уравнения

vph = 1/√(ε μ) . ( 1 )

Поскольку в XIX веке эфир считали такой же средой, как и среда любого вещества, то для эфира были также введены понятия диэлектрической и магнитной проницаемости эфира, обозначенные символами ε0 и μ0 . А фазовую скорость распространения электромагнитных волн в эфире стали называть электромагнитной постоянной и обозначать символом с.

Размерный коэффициент k из закона Кулона стали представлять для эфира в виде 1/ε0 , в котором величину ε0 стали называть электрической постоянной (физической константой эфира). А размерный коэффициент из закона Био-Савара-Лапласа стали представлять в виде μ0 и стали называть магнитной постоянной (также физической константой эфира). Но поскольку значения ε0 и μ0 по-прежнему зависели от выбранной системы единиц, они так и остались размерными коэффициентами. И поскольку системы единиц постоянно менялись, то термин "константы" по отношению к этим коэффициентам применяется постольку, поскольку для каждой конкретной среды численные значения ε и μ не меняются. А эфир считается тоже средой. Исходя из подобных представлений об эфире, Дж.Максвелл предложил уравнение

c = 1/√(ε0 μ0 ) , ( 2 )

в котором величина с стала константой конкретно для эфира. Дж.Максвелл выдвинул предположение, что распространение света является процессом распространения поперечных электромагнитных волн в эфире, после чего фазовую скорость электромагнитных волн в эфире c стали называть как электромагнитной постоянной, так и скоростью света. В ХХ веке понятие “эфир“ заменили понятием “физический вакуум“. Но физическое содержание полевой среды, описываемой уравнениями электромагнитного поля, от этого не изменилось. В то же время выяснилось, что электромагнитная постоянная c независимо от выбора системы единиц остается постоянной, то есть она относится к фундаментальным физическим константам.

3. Электрическая постоянная и магнитная постоянная в истории метрологии.

Вторая половина XIX века была периодом поиска наиболее удобной системы единиц, учитывающей достижения ученых в области электромагнетизма. Подробная история этого поиска приведена в работах А.Власова и Б.Мурина (1990) и Г.Трунова (2006). В 1870-1881 г.г. физики пользовались системами СГСЭ и СГСМ, созданными отдельно для электрических (при предположении ε0 = 1) и магнитных величин (при предположении μ0 = 1). Затем их объединили в смешанную систему единиц СГС (при предположении ε0 = μ0 = 1), для которой уравнение Дж. Максвелла (2) уже перестало соблюдаться, а фундаментальная физическая константа с стала равной 1, что стало входить в противоречие с физическим содержанием этой константы. По этой причине приверженность ряда физиков системе СГС выглядит непонятной.

В 1889 г. А.Рюкер предложил системы единиц СГСε0 и СГСμ0 , но эти системы не прижились. После рационализации единиц по О.Хевисайду и предложения Дж.Джорджи заменить сантиметр и грамм на метр и килограмм в первой половине ХХ века появилась система единиц МКСА, в которой коэффициенты пропорциональности в законах Кулона и Ампера стали равными (1/4πε0 ) и (μ0 /4π). Затем система МКСА плавно перешла во второй половине ХХ века в общепринятую сейчас Международную систему единиц СИ с теми же коэффициентами пропорциональности (1/4πε0 ) и (μ0 /4π).

Понятно. что для определения численного значения одного из размерных коэффициентов из уравнения Максвелла (2) необходимо опытным путем определить численное значение другого размерного коэффициента. Им стало значение μ0 , которое, как сказано в работе А.Власова и Б.Мурина (1990), в СИ “определяется из уравнения для силы взаимодействия двух параллельных электрических токов в вакууме“ , то есть с помощью использования закона Ампера. Затем по значениям c и μ0 с помощью уравнения (2) определяется значение ε0 по формуле:

ε0 = 1/(μ0 c2) . ( 3 )

Заметим, что в соответствии с принципом причинности μ0 следует определять по ε0 , ибо электрическое поле является первичным по отношению к магнитному полю. То есть последовательность определения размерных коэффициентов электромагнитного поля в современной физике противоречит принципу причинности.

4. Физическая бессодержательность электрической и магнитной постоянных.

Г.Трунов (2006, 2007), ссылаясь на мнения многих известных физиков и метрологов, показал, что “величины ε0 и μ0 , называемые в настоящее время диэлектрической и магнитной постоянными, по своей сути являются размерными коэффициентами, которые появляются в определяющих уравнениях электромагнетизма (в законе Кулона для точечных зарядов и в законе Ампера для двух параллельных проводников с токами) при переходе от трехразмерной системы СГС к четырехразмерной системе электромагнитных единиц СИ“.

О физической бессодержательности величин ε0 и μ0 после внесения этих величин в метрологические стандарты говорит автор известного учебника по физике Д.Сивухин (1979): “Дух отживших физических представлений витает над системой СИ. В частности, он повлиял на терминологию: первоначально величины ε0 и μ0 назывались диэлектрической и магнитной проницаемостями вакуума. Только полная бессодержательность таких понятий заставила отказаться от этих терминов и заменить их нейтральными терминами электрическая и магнитная постоянные. От этого, конечно, величины не сделались содержательными. Эти ненужные величины засоряют физику и загромождают формулы“.

5. Фазовая скорость распространения продольных волн в упругой среде.

Продольные волны могут распространяться лишь в упругой среде. В современной физике фазовая скорость распространения продольных волн в упругой среде vph определяется по уравнению:

vph = 1/√(βad ρ) = √(Kad ρ) , ( 4 )

где βad − адиабатическая сжимаемость среды; Kad − адиабатический модуль объёмного сжатия среды; ρ − плотность среды. Если считать vph для эфира фундаментальной физической константой, то присутствующие в уравнении (4) произведения физических величин (βad ρ) и (Kad ρ) для эфира также являются фундаментальными физическими константами.

Адиабатический процесс предполагает отсутствие теплообмена системы с окружающей средой. В полевой среде уместно говорить об отсутствии энергообмена. Это тем более обосновано, если учесть чрезвычайно большое значение частоты продольных волн в эфире.

6. Электромагнитная постоянная и скорость света
имеют различное физическое содержание.

В настоящее время появились серьезные доводы против предположения Дж.Максвелла о том, что электромагнитная постоянная и скорость света в физическом вакууме имеют одинаковую физическую природу. Например, В.Ацюковский (2006) приводит экспериментальные данные, показавшие, что затухание света в воде Черного моря в миллион раз слабее, чем затухание электромагнитных волн. Такое расхождение можно объяснить лишь различной природой света и электромагнитных волн.

Действительно, поперечные электромагнитные волны воздействуют на жидкость в целом, без учета ее молекулярного состояния, и поэтому затухание электромагнитных волн в жидкости зависит от ее достаточно большой плотности. А свет представляет собой поток элементарных частиц (фотонов). Сопротивление потоку фотонов идет на уровне ядер и электронов в атомах, и поэтому затухание света в жидкости значительно более слабое. Это объясняет, почему затухание электромагнитных волн и потока фотонов в жидкости различно, а также приводит к выводу, что физическое содержание поперечных электромагнитных волн и потока фотонов в эфире различно.

Литература

1. Ацюковский В.А., 2006, Популярная эфиродинамика, или Как устроен мир, в котором мы живем. – М.: Знание, 288с.
2. Вильшанский А. 2014. Физическая физика. Ч.1. Гравитоника. Изд. DNA. Израиль, а также http://www.geotar.com/position/kapitan/stat/soder1.pdf
3. Власов А.Д., Мурин Б.П., 1990, Единицы физических величин в науке и технике. – М., Энергоатомиздат, 176 с.
4. Сивухин Д.В, 1979, О Международной системе физических величин. – “Успехи физических наук ”, 129, вып. 2, с.с. 335-338
5. Трунов Г.М., 2006, Уравнения электромагнетизма и системы единиц электрических и магнитных величин. – Пермь, ПГТУ, 130 с.
6. Трунов Г.М., 2007, Магнитная постоянная μ0 : фундаментальная физическая константа или просто размерный коэффициент? – “Законодательная и прикладная метрология”, 2.



© И. Коган Дата первой публикации 27.02.2009
Дата последнего обновления 15.12.2013

Оглавление раздела Следующая