Системы единиц, которые применялись до введения международной системы. Система Гаусса

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик , уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Построение системы СГС в разделе электричества и магнетизма отличается от построения соответствующего раздела Международной системы единиц следующими особенностями:

а) в Международной системе в числе основных имеется электрическая единица - ампер. В системе СГС такой единицы нет. Производные электрические и магнитные единицы в этой системе выражаются только через три механические единицы - сантиметр, грамм, секунду;

б) электрическая и магнитная постоянные в системе СГС принимаются равными безразмерной единице связи с этим система СГС в разделе электромагнетизма утрачивает когерентность - в уравнениях электромагнетизма, содержащих одновременно электрические и магнитные величины, коэффициент пропорциональности отличен от единицы. Его пришлось принять в одних формулах равным Не, в других - где с - электродинамическая постоянная, равная скорости света в вакууме;

в) электрические и магнитные единицы системы СГС устанавливаются для нерационализованной формы уравнений электромагнитного поля;

г) в системе СГС формулы размерности электромагнитных величин содержат дробные показатели степени.

Систему СГС для раздела электричества и магнетизма иногда называют системой Гаусса, а также симметричной системой СГС. Однако ГОСТом эти названия не предусмотрены.

Многие производные электрические и магнитные единицы системы СГС не имеют собственных наименований. Условимся именовать все такие единицы одинаково - «единица СГС» с добавлением наименования соответствующей величины. Например, единица заряда СГС, единица напряженности электрического поля СГС и т. д. Условимся также обозначать все такие единицы одинаково: с добавлением в индексе символа соответствующей величины. Например, . В тех случаях, когда это

не может привести к недоразумениям, индекс у обозначения будем опускать, например «Q=3 ед. СГС», «L=5 ед. СГС» и т. д. Ясно, что в первом случае имеется в виду «3 единицы заряда», во втором - «5 единиц индуктивности».

До введения системы СГС (симметричной) действовали системы СГСЭ (система СГС электрическая) и система СГСМ (система СГС магнитная). При построении первой принималась равной единице электрическая постоянная при построении второй - магнитная постоянная

Система СГС (симметричная) является в некоторой степени комбинацией систем СГСЭ и СГСМ. Производные единицы системы СГС образуются следующим образом: в качестве единиц электрических величин взяты единицы системы СГСЭ, в качестве магнитных соответствующие единицы системы СГСМ. Система СГС в разделе электричества когерентна, так как во всех определяющих уравнениях электрических величин коэффициент пропорциональности равен единице Когерентность системы СГС нарушится при переходе к магнетизму (см. с. 178).

Единицы электростатических величин

Для получения производных единиц расположим формулы электростатики в ряд, удовлетворяющий следующим условиям:

1) первая формула в таком ряду должна содержать электрическую величину, которая выражается только через механические величины;

2) каждая последующая формула ряда должна определять величину, выраженную через механические и через такие электрические величины, которые уже получены предшествующими уравнениями ряда.

Пользуясь определяющими уравнениями, расположенными указанным способом, найдем производные единицы электрических величин.

Электрический заряд. Исходным уравнением для построения системы СГС является закон Кулона, определяющий силу взаимодействия точечных электрических зарядов находящихся на расстоянии

где е - диэлектрическая проницаемость среды, коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора

единиц величин. Если учесть, что электрическая постоянная принимается в системе СГС равной единице, то уравнение (19.1) примет вид

Положив здесь найдем формулу, определяющую силу взаимодействия двух одинаковых зарядов в вакууме:

Положив в этой формуле см, получим единицу электрического заряда:

Эта единица называется абсолютной электростатической единицей заряда или единицей заряда . Единица заряда СГС равна заряду, который взаимодействует с равным зарядом на расстоянии 1 см в вакууме с силой в 1 дин. Размерность заряда получим по формуле

Соотношение единицы заряда СГС с кулоном:

где числовое значение электродинамической постоянной, выраженное в сантиметрах в секунду.

Линейная плотность электрического заряда. Единицу линейной плотности заряда получим по формуле (9.2), положив в ней

Единица линейной плотности электрического заряда СГС равна плотности заряда, при которой заряд равномерно распределен по длине 1 см. Размерность линейной плотности:

Соотношение единицы линейной плотности заряда с кулоном на метр:

Поверхностная плотность электрического заряда. Положив в формуле получим единицу поверхностной плотности заряда:

Единица поверхностной плотности электрического заряда СГС равна поверхностной плотности, при которой заряд 1 СГСд равномерно распределен по поверхности площадью Размерность поверхностной плотности заряда:

Соотношение единицы поверхностной плотности СГС с кулоном на квадратный метр:

Пространственная (объемная) плотность электрического заряда. Положив в формуле получим единицу пространственной плотности заряда:

Единица пространственной (объемной) плотности электрического заряда СГС равна плотности заряда, при которой заряд, равномерно распределенный в пространстве объемом равен Размерность пространственной плотности заряда:

Соотношение единицы объемной плотности заряда системы СГС с кулоном на кубический метр:

Напряженность электрического поля. Единицу напряженности электрического поля получим, положив в формуле

Единица напряженности электрического поля СГС равна напряженности поля, в котором на заряд действует сила 1 дин. Размерность напряженности:

Соотношение с вольтом на метр:

Поток напряженности электрического поля. Положив в формуле получим единицу потока напряженности:

Единица потока напряженности электрического поля СГС равна потоку напряженности через плоскую поверхность площадью 1 см2, перпендикулярную линиям поля напряженностью 1 ед. СГС. Размерность потока напряженности

Соотношение 1 ед. с вольт-метром:

Электрический потенциал. Единицу электрического потенциала найдем, положив в формуле

Единица электрического потенциала СГС равна потенциалу однородного электрического поля, в котором точечный электрический заряд 1 ед. обладает потенциальной энергией 1 эрг. Размерность потенциала:

В этих единицах выражаются также напряжение и электродвижущая сила (см. с. 173).

Единицу потенциала можно определить также по формуле, выражающей связь между разностью потенциалов двух точек однородного электрического поля, находящихся на одной силовой линии на расстоянии друг от друга, и напряженностью этого поля:

Положив , получим

Единица электрического потенциала СГС равна разности потенциалов двух точек, находящихся на расстоянии 1 см на силовой линии однородного электрического поля напряженностью

Соотношение с вольтом:

Электрический момент диполя. Единицу электрического момента диполя найдем по формуле (9.17), положив в ней

Единица электрического момента диполя СГС равна моменту диполя, заряды которого, равные каждый расположены на расстоянии 1 см один от другого. Размерность электрического момента:

Соотношение с кулон-метром:

Поляризованность. Положив в формуле получим единицу поляризованности:

Единица поляризованности СГС равна поляризованности диэлектрика, при которой диэлектрик объемом имеет электрический момент Размерность

поляризованности:

Соотношение 1 ед. СГСР с кулоном на квадратный метр:

Абсолютная диэлектрическая восприимчивость. Положив в формуле получим единицу абсолютной диэлектрической восприимчивости:

Следовательно, абсолютная диэлектрическая восприимчивость выражается в системе СГС в безразмерных единицах.

Этот же результат получим, подставив в формулу (9.20) размерности поляризованности и напряженности электрического поля:

Обратим внимание на то, что в Международной системе единиц абсолютная диэлектрическая восприимчивость - величина размерная (см. с. 71).

Электрическое смещение. Единицу электрического смещения найдем по формуле (9.22):

Так как в системе СГС электрическая постоянная величина безразмерная, равная 1, то электрическое смещение выражается в тех же единицах и имеет ту же размерность, что и напряженность электрического поля, т. е.

В СИ напряженность электрического поля и электрическое смещение выражаются в различных единицах и имеют разную размерность.

Соотношение между и кулоном на квадратный метр:

Электрическая емкость. Положив в формуле получим единицу емкости:

Единица электрической емкости СГС равна емкости уединенного проводника, при которой электрический заряд создает на проводнике потенциал Емкостью обладает проводящий шарик радиусом 1 см. Размерность емкости

Иногда единицу емкости называют сантиметр (см). Однако официального признания это название не получило. Соотношение этой единицы с фарадой:

Объемная плотность энергии электрического поля. Единицу этой величины найдем, положив в формуле

Эрг на кубический сантиметр равен объемной плотности энергии, при которой в области электрического поля объемом содержится энергия 1 эрг. Размерность объемной плотности энергии:

Соотношение эрга на кубический сантиметр с джоулем на кубический метр:

Единицы величин электрического тока

Сила тока. Сила тока в системе СГС в отличие от величина производная. Под силой тока понимают величину, равную электрическому заряду протекающему через поперечное сечение проводника в единицу времени, т. е.

Положив найдем единицу силы тока:

Единица силы электрического тока СГС равна силе тока, при которой через поперечное сечение проводника за проходит электрический заряд Размерность силы тока:

Соотношение с ампером:

Плотность электрического тока. Единицу плотности тока получим, положив в формуле

Единица плотности электрического тока СГС равна плотности тока, при которой сила тока, равномерно распределенного по поперечному сечению проводника площадью равна Размерность плотности тока:

Соотношение с ампером на квадратный метр:

Электрическое напряжение. Положив в формуле получим единицу электрического

напряжения:

Единица электрического напряжения СГС равна напряжению на участке электрической цепи, при котором в участке проходит постоянный ток силой и затрачивается мощность Размерность электрического напряжения:

Соотношение с вольтом:

Электрическое сопротивление. Единицу сопротивления найдем по формуле (9.33), подставив в нее

Единица электрического сопротивления СГС равна сопротивлению участка электрической цепи, при котором постоянный ток силой вызывает падение напряжения . Размерность сопротивления

Соотношение с омом:

Удельное электрическое сопротивление. Положив в формуле см, найдем единицу удельного сопротивления:

Единица удельного электрического сопротивления СГС равна удельному сопротивлению вещества, при котором участок выполненной из этого вещества электрической цепи длиной 1 см и площадью поперечного сечения имеет сопротивление Размерность удельного

сопротивления

Соотношение между и ом-метром:

Электрическая проводимость. Единицу электрической проводимости получим, положив в формуле (9.36)

Единица электрической проводимости СГС равна проводимости участка электрической цепи сопротивлением . Размерность проводимости:

Соотношение с сименсом:

Удельная электрическая проводимость. Положив в формуле см, найдем единицу удельной электрической проводимости:

Единица удельной электрической проводимости СГС равна удельной проводимости вещества, при которой участок выполненной из этого вещества электрической цепи длиной 1 см и площадью поперечного сечения имеет электрическую проводимость Размерность удельной проводимости:

Соотношение между единицами удельной проводимости в системах СГС и СИ:

Подвижность носителей тока (ионов, электронов). Единицу подвижности найдем по формуле (9.40), положив в ней

Единица подвижности СГС равна подвижности, при которой ион (электрон) приобретает скорость 1 см/с при напряженности поля, равной Размерность подвижности

Соотношение между единицами подвижности в системах СГС и СИ:

Молярная концентрация (концентрация компонента В).

Единицу молярной концентрации найдем по формуле (9.49), положив в ней моль,

Моль на кубический сантиметр равен молярной концентрации вещества в растворе, при которой в объеме раствора содержится количество растворенного вещества 1 моль. Размерность молярной концентрации:

Соотношение единиц молярной концентрации в системах СГС и СИ:

Ионный эквивалент концентрации. Единицу ионного эквивалента концентрации найдем по формуле (9.50). Положив в этой формуле получим

Размерность ионного эквивалента концентрации:

Молярная электрическая проводимость. Единицу молярной электрической проводимости найдем по формуле (9.51), положив в ней :

Единица молярной электрической проводимости СГС равна молярной проводимости раствора, имеющего молярную концентрацию вещества с удельной проводимостью Размерность молярной электрической проводимости

Соотношение единиц молярной электрической проводимости в системах СГС и СИ:

Эквивалентная электрическая проводимость. Единицу эквивалентной электрической проводимости найдем, подставив в формулу (9.51а) :

Следовательно, эквивалентная электрическая проводимость выражается в тех же единицах и имеет ту же размерность, что и молярная электрическая проводимость.

Из сравнения формул (9.51) и (9.51а) следует, что численно эквивалентная проводимость в раз больше молярной проводимости.

Электрохимический эквивалент. Единицу электрохимического эквивалента найдем по формуле (9.52), положив в ней

Единица электрохимического эквивалента СГС равна электрохимическому эквиваленту вещества, которого выделяется на электроде при прохождении через электролит электрического заряда Размерность электрохимического эквивалента:

Абсолютная и относительная диэлектрические проницаемости, диэлектрическая восприимчивость, валентность, химический эквивалент - величины относительные и поэтому

выражаются в безразмерных единицах. Единицы температурного коэффициента сопротивления и коэффициента молизации такие же, как в СИ (см. с. 79 и 83).

Единицы величин магнетизма

Использовать в системе СГС определяющие уравнения магнитных величин в том виде, как они даны в § 9, нельзя. Дело в том, что формулы электромагнетизма, содержащие одновременно электрические и магнитные величины, в системе СГС отличаются от соответствующих формул Международной системы единиц. В правую часть таких формул (см. табл. 10) входит множитель или где с - электродинамическая постоянная. Она является переходным множителем от единицы силы тока системы СГСМ к единице силы тока системы СГСЭ:

Главной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция. Поэтому с нее начнем построение системы СГС для магнитных величин.

Магнитная индукция. Для получения единицы магнитной индукции воспользуемся формулой (9.55). Введя в правую часть этой формулы множитель получим

Положив дин, см, найдем единицу магнитной индукции:

Эта единица называется гаусс (Гс). Гаусс равен индукции однородного магнитного поля, которое на отрезок длиной 1 см прямолинейного проводника с током силой действует с максимальной силой 1 дин. Размерность магнитной индукции:

Соотношение гаусса с тесла:

Магнитный поток. Положив в формуле найдем единицу магнитного потока:

Эта единица называется максвелл Максвелл равен магнитному потоку, создаваемому однородным магнитным полем индукцией в поперечном сечении площадью Размерность магнитного потока:

Соотношение максвелла с вебером:

В максвеллах выражается также потокесцепление (см. §9).

Магнитный момент электрического тока. Для получения единицы магнитного момента тока воспользуемся формулой (9.53), введя в правую часть ее множитель (см. также табл. 10):

Положив найдем единицу магнитного момента.

В СГС существует ряд дополнительных единиц измерения, которые являются производными от основных. Некоторые физические константы получаются безразмерными. Есть несколько вариантов СГС, отличающихся выбором электрических и магнитных единиц измерения и величиной констант в различных законах электромагнетизма (СГСЭ, СГСМ, Гауссова система единиц).

СГС отличается от СИ не только выбором конкретных единиц измерения. Из-за того, что в СИ были дополнительно введены основные единицы для электромагнитных физических величин, которых не было в СГС, некоторые единицы имеют другие размерности . Из-за этого некоторые физические законы в этих системах записываются по-разному (например, закон Кулона). Отличие заключается в коэффициентах, большинство из которых - размерные. Поэтому, если в формулы, записанные в СГС, просто подставить единицы измерения СИ, то будут получены неправильные результаты. Это же относится и к разным разновидностям СГС - в СГСЭ, СГСМ и Гауссовой системе единиц одни и те же формулы могут записываться по-разному.

В формулах СГС отсутствуют нефизические коэффициенты, необходимые в СИ (например, электрическая постоянная в законе Кулона), поэтому она считается более удобной для теоретических исследований.

В научных работах, как правило, выбор той или иной системы определяется более преемственностью обозначений, а не удобством.

Расширения СГС

Для облегчения работы в СГС в электродинамике были приняты дополнительно системы СГСМ и СГСЭ.

СГСМ

СГСЭ

В СГСЭ µ 0 = 1/с 2 (размерность: с 2 /см 2 ), ε 0 = 1. Электрические единицы в системе СГСЭ применяют в основном в теоретических работах. Они не имеют собственных наименований и неудобны для измерений.

СГС симметричная, или Гауссова система единиц

В симметричной СГС (называемой также смешанной СГС или Гауссовой системой единиц) магнитные единицы равны единицам системы СГСМ, электрические - единицам системы СГСЭ. Магнитная и электрическая постоянные в этой системе единичные и безразмерные: µ 0 = 1 , ε 0 = 1 .

История

Система мер, основанная на сантиметре, грамме и секунде, была предложена немецким ученым Гауссом в . В Максвелл и Томсон усовершенствовали систему, добавив в нее электромагнитные единицы измерения.

Величины многих единиц системы СГС были признаны неудобными для практического использования, и вскоре она была заменена системой, основанной на метре , килограмме и секунде (МКС). СГС продолжали использовать параллельно с МКС, в основном в научных исследованиях.

Из трёх дополнительных систем наибольшее распространение получила система СГС симметричная.

Некоторые единицы измерения

скорость - см/с;
ускорение - см/с²;
сила - дина , г·см/с²;
энергия - эрг , г·см²/с²;
мощность - эрг/с, г·см²/с³;
давление - дина/см², г/(см·с²);
динамическая вязкость - пуаз , г/(см·с);
кинематическая вязкость - стокс , см²/с;
магнитодвижущая сила - гильберт .

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "СГСЕ" в других словарях:

Кeppa явление, возникновение двойного лучепреломления (См. Двойное лучепреломление) в оптически изотропных веществах, например жидкостях и газах, под воздействием однородного электрического поля. Открыт Дж. Керром в 1875. В результате К.… …

Квадратичный электрооптич. эффект, возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных в вах (жидкостях, стёклах, кристаллах с центром симметрии) под воздействием однородного электрич. поля. Открыт шотл. физиком Дж. Керром (J. Kerr) в… … Физическая энциклопедия

- (С), величина, характеризующая способность проводника удерживать электрический заряд. Для уединённого проводника С = Q/φ, где Q заряд проводника, φ его потенциал. Электрическая ёмкость конденсатора С = Q/(φ1 φ2), где Q абсолютная величина… … Энциклопедический словарь

Вещества, плохо проводящие электрический ток. Термин «Д.» (от греч. diá через и англ. electric электрический) введён М. Фарадеем (См. Фарадей) для обозначения веществ, через которые проникают электрические поля. В любом веществе,… … Большая советская энциклопедия

Элементарный электрический заряд (е), наименьший Электрический заряд, положительный или отрицательный, величина которого равна е = (1,6021917 ± 0,0000070)∙10 19 к в системе СИ или е = (4,803250 ± 0,000021)∙10 19см3/2г1/2сек 1 в системе… … Большая советская энциклопедия

- [от лат. posi (tivus) положительный и (элек)трон (См. Электрон)] (символ е+), элементарная частица с положительным электрическим зарядом, античастица (См. Античастицы) по отношению к электрону. Массы (me) и спины (J) П. и электрона равны … Большая советская энциклопедия

Характеристика проводника, количественная мера его способности удерживать электрический заряд. В электростатическом поле все точки проводника имеют один и тот же потенциал φ. Потенциал φ (отсчитываемый от нулевого уровня на бесконечности) … Большая советская энциклопедия

- (новолат. molecule, уменьшит. от лат. moles масса), наименьшая ч ца в ва, обладающая его осн. хим. св вами и состоящая из атомов, соединённых между собой химическими связями. Число атомов в М. составляет от двух (Н2, О2, HF, KCl) до сотен и тысяч … Физическая энциклопедия

ИЗОТОПОВ РАЗДЕЛЕНИЕ, выделение отдельных изотопов из естеств. их смеси или обогащение смеси отдельными изотопами. Первые попытки И. р. сделаны Ф. У. Астоном (F. W. Aston, 1949) и др. гл. обр. для обнаружения изотопов у стабильных элементов,… … Физическая энциклопедия

Испускание электронов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум или др. среду. Выйти из тела могут только те электроны, энергия к рых больше энергии покоящегося вне эмиттера электрона (см. Работа выхода). Число таких электронов (обычно это электроны … Физическая энциклопедия

СГС (сантиметр-грамм-секунда) - система единиц измерения, которая широко использовалась до принятия Международной системы единиц (СИ). Другое название - абсолютная физическая система единиц.

В рамках СГС существуют три независимые размерности (длина, масса и время), все остальные сводятся к ним путём умножения, деления и возведения в степень (возможно, дробную). Кроме трёх основных единиц измерения - сантиметра, грамма и секунды, в СГС существует ряд дополнительных единиц измерения, которые являются производными от основных. Некоторые физические константы получаются безразмерными. Есть несколько вариантов СГС, отличающихся выбором электрических и магнитных единиц измерения и величиной констант в различных законах электромагнетизма (СГСЭ, СГСМ, Гауссова система единиц). СГС отличается от СИ не только выбором конкретных единиц измерения. Из-за того, что в СИ были дополнительно введены основные единицы для электромагнитных физических величин, которых не было в СГС, некоторые единицы имеют другие размерности. Из-за этого некоторые физические законы в этих системах записываются по-разному (например, закон Кулона). Отличие заключается в коэффициентах, большинство из которых - размерные. Поэтому, если в формулы, записанные в СГС, просто подставить единицы измерения СИ, то будут получены неправильные результаты. Это же относится и к разным разновидностям СГС - в СГСЭ, СГСМ и Гауссовой системе единиц одни и те же формулы могут записываться по-разному.

В формулах СГС отсутствуют нефизические коэффициенты, необходимые в СИ (например, электрическая постоянная в законе Кулона), и, в Гауссовой разновидности, все четыре вектора электрических и магнитных полей E, D, B и H имеют одинаковые размерности, в соответствии с их физическим смыслом, поэтому СГС считается более удобной для теоретических исследований.

В научных работах, как правило, выбор той или иной системы определяется более преемственностью обозначений и прозрачностью физического смысла, чем удобством измерений.

История

Система мер, основанная на сантиметре, грамме и секунде, была предложена немецким ученым Гауссом в 1832. В 1874 Максвелл и Томсон усовершенствовали систему, добавив в неё электромагнитные единицы измерения.

Величины многих единиц системы СГС были признаны неудобными для практического использования, и вскоре она была заменена системой, основанной на метре, килограмме и секунде (МКС). СГС продолжали использовать параллельно с МКС, в основном в научных исследованиях.

После принятия в 1960 системы СИ СГС почти вышла из употребления в инженерных приложениях, однако продолжает широко использоваться, например, в теоретической физике и астрофизике из-за более простого вида законов электромагнетизма.

Из трёх дополнительных систем наибольшее распространение получила система СГС симметричная.