Реферат: О единицах и размерностях основных характеристик электромагнитного поля

О ЕДИНИЦАХ И РАЗМЕРНОСТЯХ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ


Г.М.Трунов


Приведем в качестве вступления цитату из фундаментального труда К.М. Поливанова, изданного в 1969 г. [1, с.81]: «При рассмотрении поля в поляризуемых вещественных средах в уравнениях Максвелла вводятся новые векторы D = 0E + P и
Н = В/0 – M. При этом векторы D и Н часто определяются так невнятно, как, пожалуй, ни одна другая физическая величина». Можно добавить, что разные авторы учебников приводят различные определения основных характеристик электромагнитного поля:
в частности, в обзоре [2], приведены 5 (пять !) определений индукции магнитного
поля В, которые используются в различных учебниках:

– в системе СГС и в системе Хевисайда – Лоренца:


В = Н + 4М [3, с.26],

В = Н + М [4, с.76],

(1а)

– в СИ

В =0 (Н + M) [5, с.269],

В = Н + 0M [6, с.142],

В = 0Н + M [7, с.260].


(1б)


В соответствии с ГОСТ 8.417–81. ГСИ. «Единицы физических величин» [8]
в учебном процессе во всех учебных заведениях рекомендована к обязательному
использованию Международная система единиц (СИ). Тем не менее, в последние годы появилась тенденция [9, 10] при изложении курса «Электромагнетизм» использовать только систему СГС, хотя эта система единиц даже не значится в числе допускаемых
к применению в учебном процессе. Можно также констатировать, что в учебниках
физики прошлого времени наиболее авторитетных авторов (Л.Д. Ландау, И.Е. Тамм,
Д.В. Сивухин) [11 – 13] и в фундаментальном Берклеевском курсе физики [14] использовалась система СГС, а не система МКСА.

В табл.1 представлены некоторые уравнения электромагнетизма, имеющие различный вид в СИ и системе СГС.


Таблица 1

Некоторые уравнения электромагнетизма, записанные в СИ и системе СГС


ВЕЛИЧИНА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ФОРМУЛА РАЗМЕРНОСТИ

СИ

СГС

СИ

СГС

Напряженность

электрического поля Е

Е = F/Q

LMT–3I–1

L–1/2M1/2T–1

Электрическое
смещение D

D = 0E +P

D = E +4P

L–2TI

L–1/2M1/2T–1

Поляризованность Р

Р =  pi / V

L–2TI

L–1/2M1/2T–1

Связь между

Р и Е

D и Е


Р = 0E

D = 0E


Р = E

D = E







Магнитная

индукция В

F = Q [v  B]

F = Q [  B]

MT–2I–1

L–1/2M1/2T–1

Напряженность
магнитного поля Н

Н = B/0 – M

Н = В – 4M

L–1I

L–1/2M1/2T–1

Намагниченность М

М =  pmi / V

L–1I

L–1/2M1/2T–1

Связь между М и Н

М = Н







Связь между Н и В

Н = В/(0),

Н = В/,








Причины различия математической формы записи некоторых уравнений электромагнетизма в СИ и системе СГС подробно рассмотрены в [15], поэтому отметим только тот факт, что все электромагнитные единицы СИ были заимствованы из системы единиц МКСА. Эта система (основные единицы: метр, килограмм, секунда, ампер) была основана на уравнениях, соответствующих научным воззрениям на электромагнитное поле середины XIX века, согласно которым вакуум («светоносный эфир» по терминологии того времени) по своим свойствам принципиально не отличается от обычных сред и, следовательно, должен обладать диэлектрической 0 и магнитной 0 проницаемостями вакуума. Величины 0 и 0 , называемые в настоящее время, соответственно, электрической и магнитной постоянной, не имеют никакого физического смысла и лишь их комбинация 1/ = с представляет собой скорость света в вакууме.

Для описания электромагнитного поля в веществе в СИ, кроме силовых характеристик – напряженности электрического поля^ Е и магнитной индукции