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.

Имеется ли различие между напряженностью и индукцией?

СОДЕРЖАНИЕ.
1. О бессистемности в названиях напряженностей электромагнитного поля.
2. Что означает слово “индукция“, где и как оно применяется?
3. Как возник термин “магнитная индукция“?
4. Критический анализ предложений, связанных с системой СГС.
5. Краткий вывод.


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. О бессистемности в названиях напряженностей электромагнитного поля.

Вопрос, вынесенный в заголовок данной статьи, поставлен не случайно. Существующая понятийная бессистемность при изучении разных видов напряженностей электромагнитного поля приводит иногда к ошибке даже опытных физиков.

Пример понятийной бессистемности приводится в популярном учебнике по физике И.Савельева (2005, кн.2): “Логично было бы по аналогии с напряженностью электрического поля E назвать B напряженностью магнитного поля. Однако по историческим причинам основную силовую характеристику магнитного поля назвали магнитной индукцией. Название же “напряженность магнитного поля“ оказалось присвоенным вспомогательной величине H, аналогичной вспомогательной характеристике D электрического поля“. Сильно ли помогает подобное объяснение студентам, сказать трудно.

А вот когда в физике напряженность электрического поля E начинают называть просто электрическим полем E (без упоминания слова “напряженность“), то это историческими причинами оправдать уже трудно.

2. Что означает слово “индукция“, где и как оно применяется?

В переводе с латыни слово “индукция“ имеет два значения: наведение на что-то и возбуждение чего-то. В первом своем значении (наведение) оно применяется для обозначения методики перехода от чего-то частного к общему, обобщенному. И тут никаких неясностей нет. Во втором своем значении (возбуждение) слово “индукция“ имеет несколько применений. Но в любом из применений речь идет о физическом явлении. Именно о явлении, а не о физической величине, и применение слова “индукция“ для обозначения физической величины, на наш взгляд, нелогично.

Обсудим сначала применение термина “индукция“ в электростатике. Термин “электрическая индукция“ применяется только в гауссовой системе и обозначается там символом D. В СИ предпочитают вместо термина “электрическая индукция“ применять термин “электрическое смещение“, имея в виду то, что вектор напряженности на границе между вакуумом и диэлектриком претерпевает скачок по модулю, а в анизотропных диэлектриках вектор напряженности еще и меняет свое направление. Применяется тот же символ D. При этом не вводится даже нижний индекс, чтобы отличить электрическую индукцию от электрического смещения, хотя определяющие уравнения для этих величин представлены в различных системах единиц и, соответственно, размерности величин различны.

В электростатике различие между электрическим смещением (электрической индукцией) D и напряженностью электрического поля E состоит в том, что E – это напряженность электрического поля в вакууме, а D – это тоже напряженность электрического поля, только в веществе (в диэлектрике). Таким образом, различие между терминами “напряженность“ и “смещение“ (индукция) в электростатике вызвано только изменением среды.

В СИ, как уже было сказано, применяют термин “электрическое смещение“. Но смещение зарядов в диэлектрике под воздействием внешнего поля – это тоже физическое явление, а не физическая величина. И если уж вводить слово “смещение“, то измерять его следовало бы в метрах, а не в единицах напряженности.

В магнитном поле с термином “индукция“ все обстоит наоборот. Напряженность магнитного поля в вакууме B назвали “магнитной индукцией“, а напряженность магнитного поля в веществе H назвали напряженностью магнитного поля, породив ту путаницу в терминологии, которая описана в вышеприведенной цитате из учебника.

3. Как возник термин “магнитная индукция“?

Попробуем разобраться, в чем же заключаются те “исторические причины“, которые породили путаницу с терминологией и символикой. Термин “магнитная индукция“ вошел в физику в начале XIX века, когда Х.Эрстед обнаружил возбуждение (индукцию) магнитной стрелки полем, создаваемым электрическим током в проводнике. Однако, присваивая вновь открытому явлению термин “магнитная индукция“, автор этого присвоения явно нарушил принцип причинности: ведь причиной возникновения физического поля, которое воздействовало на магнитную стрелку явился электрический ток. И, тем не менее, поле было названо не токовым, а магнитным.

Однако поле возникло вне зависимости от того, что в зоне его влияния оказалась магнитная стрелка. В зоне его влияния мог оказаться и другой проводник с током. Выходит, что название полю дало случайное следствие (магнитная стрелка), а не истинная причина (электрический ток). Так что правильно было бы все-таки говорить об этом явлении, как о токовой индукции, а не как о магнитной индукции.

Физическая величина, когда-то неверно названная магнитной индукцией, вполне подпадает под определение напряженности. Мы попробовали обобщить найденные словарные определения термина “напряженность“, и в результате получилось такое определение: “Напряженность физического поля – это векторная величина, характеризующая физическое поле в заданной точке и определяющая значение и направление силы, действующей на заряженную систему, помещенную в физическое поле со стороны этого поля“. Так что явление, наблюдавшееся Х.Эрстедом, можно было назвать и напряженностью.

Но возникает другой вопрос: а следует ли вообще применять термин “индукция“ для физической величины, являющейся напряженностью поля? Автор склоняется к мысли о том, что лучше было бы при изучении электромагнетизма оставить термин “индукция“ только для названия физических явлений (электромагнитная индукция, самоиндукция, взаимоиндукция). И не применять этот термин, когда речь идет о физических величинах.

4. Критический анализ предложений, связанных с системой СГС.

Г.Трунов (2004), предложив свою Систему электромагнитных величин, обратил внимание на то, что напряженность электростатического поля E и магнитная индукция B имеют в гауссовой системе единиц одинаковую размерность. И в следующей работе Г.Трунов (2006) написал: “Деление единого электромагнитного поля на электрическое и магнитное поле, согласно современным научным воззрениям, является относительным, то есть зависящим от системы отсчета. Поэтому величины E, B, D, H, характеризующие единое электромагнитное поле, являются однородными величинами и должны иметь одинаковую размерность.

По нашему мнению, в настоящее время имеются различные “современные научные воззрения“, порой прямо противоположные, в том числе, и на сами системы отсчета. Приведенная нами Таблица напряженностей указывает на то, что при систематизации физических величин утверждение Г.Трунова о том, что все напряженности “являются однородными величинами и должны иметь одинаковую размерность“, не оправдывается. Другое дело − унификация единиц измерений, там возможны любые комбинации, так как для систем единиц основные физические величины выбираются условно.

Размерность электрического заряда Q, уже существовавшая ранее в системе единиц СГСФ и примененная Г.Труновым (2004) в предложенной им системе электромагнитных величин, применяется также и автором данного сайта при опредлении напряженностей в системе величин ЭСВП. Она является размерностью только для статического заряда, образующего центральное поле. Размерность же зарядов вихревого поля иная, это подробно пояснено в статье, посвященной динамическому заряду, служащему источником вихревого поля. По этой причине размерности физических величин вихревого (магнитного) поля в электромагнетизме должны отличаться от размерностей аналогичных величин центрального (электрического) поля.

5. Краткий вывод.

Нельзя, основываясь на названии физической величины, делать вывод о ее физическом содержании. К сожалению, в современной физике это может приводить к ошибкам из-за понятийной бессистемности. Напротив, подбор названия должен вытекать из физического содержания величины.

Неоглядное доверие к авторитету первооткрывателей может сослужить плохую службу, так как наука развивается, а вместе с этим меняется и взгляд на физическое содержание. Так же вредны и привычки, привитые неоглядным доверием к учебному материалу и применением профессионального сленга.

Литература

1. Плотников Н.А., 1978, Система физических величин. – Вологда, Областной Совет ВОИР, 34 с., также http:/plotnikovna.narod.ru
2. Савельев И.В., 2005, Курс общей физики (в 5 книгах). – М.: АСТ: Астрель
3. Трунов Г.М., 2004, О физическом смысле формул размерностей электрических и магнитных величин. – “Законодательная и прикладная метрология”, 6.
4. Трунов Г.М., 2006, Уравнения электромагнетизма и системы единиц электрических и магнитных величин. – Пермь, ПГТУ, 130 с.



© И. Коган Дата первой публикации 10.06.2008
Дата последнего обновления 28.11.2009

Оглавление раздела Предыдущая Следующая