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.

Размерности и единицы напряженностей поля

СОДЕРЖАНИЕ:
1. Терминология напряженностей поля.
2. Размерности и единицы чистых напряженностей поля.
3. Размерности и единицы напряженностей поля в физическом вакууме.
4. Как учитывается площадь эквипотенциальной поверхности в размерностях напряженностей.
5. Объединенная таблица размерностей и единиц напряженностей.
6. Комментарии к объединенной таблице размерностей и единиц напряженностей.
7. Константа физического поля.

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. Терминология напряженностей поля.

Краткие сведения о напряженностях физического поля освещены также в другом разделе. В данной статье приведены формулировки и определяющие уравнения для напряженностей в разных формах физического поля, указаны размерности и единицы этих напряженностей. Разъяснены термины "чистая напряженность", "локальная напряженность", "полная напряженность", "константа поля". Все рассматриваемые виды напряженностей иллюстрируются также Таблицей величин физического поля.

2. Размерности и единицы чистых напряженностей поля.

Под чистой напряженностью поля понимается напряженность поля, рассчитываемая без учета свойств среды (в том числе, и физического вакуума) и без учета размерных коэффициентов в принятой системе единиц. Необходимо учесть лишь форму физического поля (центральное или вихревое). С учетом принятой на данном сайте системы индексации чистая напряженность обозначается символами Ef (в центральном поле) и Eс (в вихревом поле).

Чистые напряженности используются в физике постоянно, но сам термин встречается редко. Хотя в статье о напряженностях поля в веществе пренебрежение применением термина "чистая напряженность" приводит к терминологической и символьной путанице. Чистая напряженность электрического поля обозначается в литературе выражением (ε0Е), а чистая напряженность магнитного поля обозначается выражением (В/μ0 ), хотя термин "чистая напряженность" при этом не применяется.

Чистая напряженность центрального поля Ef определяется по уравнению

Ef = ε0Е = Q er /Sf , ( 1 )

где Qполеобразующий заряд центрального поля; Sf − площадь эквипотенциальной поверхности; er − орт, придающий напряженности направленность по радиусу эквипотенциальной поверхности. Чистая напряженность вихревого поля обозначается символом Eс и определяется по уравнению

Eс = В/μ0 = [Q er] /Sс , ( 2 )

где Qдинамический полеобразующий заряд (движущийся заряд или токовый заряд); Sс − площадь эквипотенциальной поверхности вихревого поля.

Размерности и единицы чистых напряженностей в СИ очень просты. Для ε0Е это L−2ТI и Кл м-2, а для В/μ0 это L−1I и А м-1.

3. Размерности и единицы напряженностей поля в физическом вакууме.

Под "локальной напряженностью" понимается напряженность в конкретной точке поля. Когда физики говорят о напряженности поля, они понимают именно локальную напряженность, слово "локальная" просто не применяется. Локальная напряженность в центральном поле учитывает свойства среды (физического вакуума) и поэтому в ее обозначение можно добавить нижний индекс "v" .

Определяющее уравнение для Efv включает размерный коэффициент для центрального поля в вакууме kf0 , который зависит от системы единиц (в СИ kf0 = 1/ε0 , в СГСЭ, СГС и ЭСВП kf0 = 1). В СИ вместо символа Efv применяется неиндексированный символ E. Определяющее уравнение локальной напряженности в центральном поле выглядит так:

Efv = E = (1/ε0 ) Q er /Sf     (в СИ)    ( 3 )      и          Efv = Q er /Sf      (в ЭСВП)   ( 4 )

Локальная напряженность в вихревом поле в ЭСВП обозначается символом Eсv . В СИ локальная напряженность в магнитном поле называется магнитной индукцией, и вместо символа Eсv применяется символ В. Определяющее уравнение для Eсv включает размерный коэффициент для вихревого поля в вакууме kс0 . Этот размерный коэффициент в СИ kс0 = μ0 , а в СГСЭ и ЭСВП kс0 = 1/с2 (с − электромагнитная постоянная). Поэтому определяющее уравнение локальной напряженности в вихревом поле выглядит так:

Eсv = В = μ0 [Q er ] /Sс     (в СИ)    ( 5 )      и          Eсv = (1/с2) [Q er ] /Sс      (в ЭСВП)    . ( 6 )

Размерности и единицы локальных напряженностей в СИ сложны, а иногда и неверны. Сводная таблица размерностей и единиц локальных напряженностей поля в физическом вакууме представлена ниже в разделе 5 с комментариями в разделе 6.

4. Как учитывается площадь эквипотенциальной поверхности в размерностях напряженностей

В центральном поле эквипотенциальная поверхность на достаточном удалении от полеобразующей заряженной системы является сферой, ее площадь Sf = 4πr2. В вихревом поле эквипотенциальная поверхность Sс может быть и боковой поверхностью цилиндра. Например, в вихревом поле прямого тока Sс = 2πbl, где b и l − радиус и длина цилиндра.

Уравнения (4) и (6) − это уравнения напряженностей поля в физическом вакууме как в случае электромагнитного поля, так и в случае гравитационного поля. В качестве примера расшифровки этих уравнений в электромагнетизме без разделения формулы площади эквипотенциальной поверхности на сомножители приведем уравнения для электрического поля и магнитного поля в вакууме сначала в СИ:

E = Q еr0 4πr2 ,  ( 7 )       и       В = μ0 [Q еb] /2πbl ,   ( 8 )

а затем в системе ЭСВП:

Efv = Q еr / 4πr2    ( 9 )       и       Ecv = (1/с2) [Q еr] /2πbl .    ( 10 )

А в СИ записи уравнения (7) и (9) выглядят так:

E = (1/4πε0) Q еr / r2    ( 11 )       и       B = (μ0 /4π) 2[Q еb] /bl .    ( 12 )

Формы записи уравнений (11) и (12) верны математически, но не физически. Искусственное отделение множителя 4π от множителя r2 в уравнении (11), то есть искусственный разрыв формулы для определения площади эквипотенциальной поверхности, ведет к искажению правильности восприятия физического содержания этого уравнения. В статье, поясняющей неправомерность такого искусственного отделения множителя 4π, рассказана история этой математической операции. Еще большее искажение физического смысла допущено при записи уравнения (12).

5. Объединенная таблица размерностей и единиц напряженностей

Название величины в СИ в ЭСВП
Размерность Единица Размер-
ность
Единица
по размер-
ности
факти-
ческая
1 Напряженность электростатического поля LМТ−3I-1 кг м с-3 А-1 Н Кл-1,
В м-1
L−2Q Кл м-2
2 Напряженность магнитостатического поля МТ−2I−1 кг с-2 А-1 Тл L−3TQ Кл м-3 с
3 Напряженность гравистатического поля −2 м с-2 м с-2 L−2Q кг м-2
4 Напряженность гравидинамического поля −2) -1) - L−3TQ кг м-3 с

6. Комментарии к объединенной таблице размерностей и единиц напряженностей

Размерность напряженности центрального поля E в СИ равна в соответствии со справочником А.Чертова (1990) LМТ−3I-1, но единица напряженности не равна кг м с-3 А-1, как следовало бы ожидать, судя по ее размерности. Единица напряженности равна Н Кл-1, хотя на практике применяют единицу В м-1. В системе ЭСВП в соответствии с уравнениями (4) и (6) размерность напряженности центрального поля равна L−2Q и единица равна Кл м-2. Сводная таблица в статье о напряженностях наглядно показывает, какая из этих трех единиц ближе к истине.

У напряженности гравитационного центрального (гравистатического) поля должна быть точно такая же размерность, как у напряженности электростатического поля, то есть L−2Q, только зарядом гравистатического поля является масса с единицей кг, и поэтому единица напряженности гравистатического поля должна быть равна кг м-2 по аналогии с единицей Кл м-2 для напряженности электростатического поля. А вовсе не единица м с-2, как в современной физике и в СИ, которая привела к созданию искусственной и неправдоподобной LТ-системы величин).

Размерность напряженности вихревого (магнитостатического) поля в СИ, называемой в электромагнетизме магнитной индукцией В, вытекает из уравнения, которое определяет магнитную индукцию по амперовской силе взаимодействия, что, как показано в статье, посвященной нарушениям принципа причинности в электромагнетизме, принципиально неверно. Размерность магнитной индукции в СИ равна МТ−2I−1, а единица, как следовало бы ожидать, судя по размерности, должна была бы быть равна кг с-2 А-1. Но магнитная индукция имеет в СИ единицу Тл (Тесла), расшифровываемую, как Н Кл-1 м-1 с-1. Понятно, почему такую единицу назвали сокращенно именем великого физика, кто бы запомнил ее иначе.

В системе ЭСВП напряженность магнитостатического поля определяют по уравнению (10), и ее размерность равна L−3TQ, а единица Кл с м-3 выглядит достаточно просто. Напряженность гравидинамического поля должна иметь размерность, аналогичную размерности магнитной индукции в ЭСВП, то есть L−2Q. Но если следовать размерности напряженности гравистатического поля в СИ, равной LТ−2 с единицей м с−2, то мы приходим к совсем непонятной размерности напряженности гравидинамического поля, равной Т−1, с единицей с−1.

7. Константа физического поля

Если рассмотреть, согласно уравнениям (1) и (2), произведение модуля чистой напряженности физического поля (Ef или Eс ) на площадь эквипотенциальной поверхности S, то полученная величина

kQ = ES , ( 13 )

будет пропорциональна только значению полеобразующего заряда Q. Поэтому величину kQ можно назвать константой физического поля конкретного полеобразующего заряда Q. Эта константа характеризует напряженность физического поля, создаваемого этим полеобразующим зарядом, независимо от того, существуют ли в этом поле другие заряды. Постоянство значения kQ для конкретного значения Q говорит лишь об обратной пропорциональности напряженности и площади эквипотенциальной поверхности, и больше ни о чем.

В учебнике по физике И.Савельева (2005, кн.1, § 3.13) имеется константа для центрального поля аналогичного содержания в виде α = Fr2, она считается алгебраической величиной, зависящей от знака заряда. Вместо модуля вектора чистой напряженности в этой константе присутствует модуль силы взаимодействия F, а вместо площади S указан квадрат радиуса r2.

Константы центрального и вихревого физических полей в физическом вакууме после учета размерных коэффициентов физического вакуума kf0 и kс0 имеют вид:

kfQ = Ef Sf = kf0 Q      ( 14 )      и      kcQ = Eс Sс = kc0 |Qс | .     ( 15 )

Если учесть постояноство размерных коэффициентов kf0 и kс0 , то становится ясно, что константой физического поля, созданного полеобразующим зарядом, является сам полеобразующий заряд. В крайнем случае, величина, ему пропорциональная, но при условии постоянства значения коэффициента пропорциональности, что вполне логично. Поэтому размерности констант физического поля в ЭСВП равны размерностям зарядов центрального и вихревого поля, то есть

dim (kfQ) = Q      ( 16 )      и      dim (kcQ) = L−1TQ .     ( 17 )

Именно к такому выводу пришла И.Бабич (2011, ч.1, уравнение 6), ограничившись рассмотрением гравитационного поля и назвав константу гравитационного поля количеством гравитации. Это привело ее к присвоению единице напряженности гравитационного поля единицы ускорения м с-2. То есть, в итоге, опять-таки к искусственной LТ-системе величин.

Литература

1. Бабич И.П., 2011, Законы гравитации – поиски физического смысла. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10300.html
2. Савельев И.В., 2005, Курс общей физики (в 5 книгах). – М.: АСТ: Астрель
3. Чертов А.Г., 1990, Физические величины. – М.: Высшая школа, 336 с.



© И. Коган Дата первой публикации 30.09.2009
Дата последнего обновления 29.08.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая