<<
>>

§ 4.7. СИСТЕМЫ ЕДИНИЦДЛЯ МАГНИТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Выбор единиц при изучении магнитных взаимодействий не является простым. Мы остановимся на двух системах единиц: абсолютной системе единиц Гаусса и СИ. Об этих единицах шла речь в электростатике при записи закона Кулона и других законов электростатики.

Абсолютная система единиц

В принципе можно было бы установить единицу магнитной индукции из закона Био—Савара—Лапласа (4.5.4) или его следствия (4.5.5), положив коэффициент пропорциональности kx = 1.

Но в этом случае единицы напряженности электри-

—* —*

ческого поля Е и магнитной индукции В были бы различными. Единица напряженности [Е] = Щ. Здесь квадратные

см

скобки означают, что речь идет о единицах. Указанная выше единица вытекает из выражения для напряженности электрического поля точечного заряда. Единица же магнитной индукции, как следует из формулы (4.5.5), при = 1 иная:

[В]= _!?]_. 1 J см • с

Основная идея абсолютной системы в том, чтобы единицы физических величин, характеризующих электрическое и маг-нитное поля, имели одинаковые наименования. Поэтому эту систему иногда называют симметричной.

Электродинамическая постоянная

Будем исходить из формулы (4.6.3) для взаимодействия токов. Положить в этой формуле k = 1 нельзя, так как единицы для всех величин, входящих в эту формулу, уже установлены. Коэффициент k — размерная (именованная) величина. Найдем единицу k из формулы (4.6.3):

ГО-ШЙ-їД^if =ICVCM*.

[q ] 1 см [q ]

Здесь использована единица силы, определяемая законом Г 21

Кулона: [f ] = . Теперь вместо k введем новый коэффициент [г]

пропорциональности: k = \ . Новый коэффициент с часто на-

с

зывают электродинамической постоянной. Она выражается в таких же единицах, как и скорость: [с] = 1 см/с.

Как найти его численное значение? Для этого в принципе надо измерить силу F взаимодействия параллельных токов.

Тогда, зная Iv I2, d и Z, можно вычислить значение с. Здесь

нас подстерегает неожиданность: электродинамическая постоянная с равна скорости света в вакууме:

с = 3 • Ю10 см/с. (4.7.1)

Поразительный факт

Постоянная с имеет глубокий физический смысл. Именно значение постоянной с натолкнуло в свое время Максвелла на гипотезу об электромагнитной природе света. Удивительно, что скорость света можно определить, измеряя силу взаимодействия постоянных токов.

Законы магнитных взаимодействий в абсолютной системе единиц (в системе Гаусса)

При построении абсолютной системы, далее, полагается, что

Kl к2 с'

Такой выбор коэффициентов и k2 обеспечивает, как вы

можете в этом убедиться сами, совпадение единиц Е и Б.

Окончательно закон Био—Савара—Лапласа в системе Гаусса запишется так:

(4 7 2)

с г

Закон Ампера примет вид:

AF=i/AZxS. (4.7.3)

Единица магнитной индукции — гаусс

Теперь можно установить единицу магнитной индукции с помощью формулы (4.5.5) для магнитного поля прямого тока:

B = f I. (4.7.4)

Магнитная индукция равна единице на расстоянии 2 см от длинного прямого провода, в котором сила тока равна 3 • Ю10 ед. тока СГСЭ. Эта единица называется гауссом (Гс).

Законы Био—Савара—Лапласа и Ампера в СИ

Совсем иначе строятся единицы в СИ. В системе Гаусса единицы заряда и тока являются не основными, а производными. А в СИ единица силы тока — ампер считается основной, чет-вертой единицей наряду с метром, секундой и килограммом. Она определяется посредством магнитного взаимодействия параллельных токов.

Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 ¦ 1(Г7Н.

В единицах СИ коэффициент пропорциональности k в формуле (4.6.3) полагается равным:

Величина называется магнитной постоянной.

Она аналогична электрической постоянной ?0 (см. § 1.3). Как и ?Q, магнитная постоянная |i0 прямого физического смысла, в отличие от электродинамической постоянной с, не имеет. Вве-дение в коэффициент k множителя сделано для того, чтобы

уравнения Максвелла для электромагнитного поля не содер-жали 4л.? Значение ц0 определяется из формулы (4.6.3). При d = 1 м,

/ = 1ми/1=/2 = 1А

= 2 • кг'Н.

4л а

Отсюда

= 4л ' 1(Г7 Н/А2. (4.7.6) Между ?0, |Х0 и с существует следующая связь:

с=-ті=. (4.7.7)

Проверьте справедливость этой формулы самостоятельно. В СИ коэффициенты k1nk2B законах (4.5.4) и (4.6.1) опре-

Мо

деляются так: k1 = , k2 — 1. Поэтому закон Био—Савара— Лапласа имеет вид:

IM х Аг ^ 3

4п г

Л

АВ=—(4.7.8)

Закон Ампера принимает форму:

AF = IAlxAB.} (4.7.9)

j

Индукция магнитного поля прямого провода

В = Ц о^. (4.7.10)

Формулу (4.7.10) можно использовать для установления единицы магнитной индукции в СИ. Магнитная индукция на расстоянии 2 м от провода равнялась бы единице, если бы сила тока в проводе, выраженная в амперах, была равна численно 4п

— . Эта единица называется тесла (Тл) в честь выдающегося М-о

сербского изобретателя и ученого Н. Тесла (1856—1943).

? Докажите, что 1 Тл = 104 Гс.

Записаны законы Био—Савара—Лапласа и Ампера в аб-солютной системе единиц и в СИ.

<< | >>
Источник: Г. Я. Мя кишев, А. 3. Синяков, Б.А.Слободсков. ФИЗИКАЭЛЕКТРОДИНАМИКА 10. 2010

Еще по теме § 4.7. СИСТЕМЫ ЕДИНИЦДЛЯ МАГНИТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ: