Главная > Физика > Классическая электродинамика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Приложение. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ И РАЗМЕРНОСТИ

Вопрос об единицах измерения и размерностях в электродинамике уже давно занимал многих физиков и инженеров. Положение здесь заметно отличается от почти единодушного, согласия в выборе основных единиц длины (сантиметр или метр), массы (грамм или килограмм) и времени (средняя солнечная секунда). По-видимому, это можно объяснить тем, что механические единицы были определены в то время (сразу после 1800 г.), когда появилась идея «абсолютных» стандартов и они были внедрены в научном и промышленном мире группой научных гигантов (Борда, Лаплас и другие). Наоборот, проблема выбора электромагнитных единиц возникла уже в то время, когда появилось множество специалистов в этой области. В настоящем приложении мне хотелось бы без излишних дискуссий внести ясность в указанный вопрос.

§ 1. Единицы измерения и размерности. Основные и производные единицы

Произвол в выборе числа основных единиц и размерности любой физической величины, выражаемой в этих единицах, подчеркивали еще Абрагам, Планк, Бриджмен [20], Бэрдж [12] и другие ученые. Читателю, специально интересующемуся этим вопросом, целесообразно познакомиться с серией прекрасных статей Бэрджа. Система единиц в любой области науки должна быть удобной и ясной. Так, физики-теоретики, работающие в области релятивистской квантовой теории поля и теории элементарных частиц, считают удобным принять такие универсальные постоянные, как квант действия Планка и скорость света в свободном пространстве равными единице и безразмерными. Получающаяся при этом система единиц (называемая естественной системой единиц) имеет лишь одну основную единицу, в качестве которой обычно выбирается единица длины. Все остальные

величины — будь то длина, или время, или сила, или энергия и т. д. — выражаются через эту единственную единицу и имеют размерность, определяющуюся как некоторая степень размерности основной единицы. В такой системе нет ничего надуманного или менее физичного, чем в системе, использующей в качестве основных единиц метр, килограмм и секунду (система МКС). Все это — лишь вопрос удобства.

Необходимо сказать несколько слов об основных единицах (стандартах), рассматриваемых как независимые величины, и о производных единицах, размерность и величина которых определяются теоретически и экспериментально через основные единицы. По традиции принято считать основными единицы массы (), длины и времени (t). В выборе единиц электрических величин установившейся традиции еще нет. Рассмотрим, например, единицу тока. «Международный» ампер (долгое время считавшийся практической единицей тока) определяется количеством серебра, отлагающегося за единицу времени при электролизе в стандартном серебряном вольтаметре. Эту единицу тока следует рассматривать как основную единицу, независимую от единиц массы, длины и времени, так как единица силы тока находится из независимого эксперимента с электролизом, допускающего повторное воспроизведение.

Наоборот, принятый в настоящее время стандарт тока «абсолютный» ампер определяется как ток, при прохождении которого по двум бесконечно длинным параллельным прямолинейным проводникам, имеющим пренебрежимо малое поперечное сечение и расположенным на расстоянии в вакууме, проводники взаимодействуют с силой, равной (ньютон/метр) на единицу длины. Очевидно, что «абсолютный» ампер — производная единица, так как ее определяют по механической силе, действующей между проводниками, в соответствии с приводимым ниже выражением Согласно этому определению, «абсолютный» ампер равен точно 1/10 от электромагнитной единицы тока. С 1948 г. применяется Международная система электромагнитных единиц, в которой за

основные единицы приняты метр, килограмм, секунда и определенный выше «абсолютный» ампер, а соответствующие производные единицы сопротивления, напряжения и т. д. выражаются через основные. Такое решение представляется удовлетворительным.

При этом устраняются трудности, подобные, например, тем, которые возникли при попытке ввести три независимые единицы тока, напряжения и сопротивления, определяемые в трех независимых экспериментах (стандартный вольтаметр, стандартный элемент Кларка и стандартный столбик ртути). Именно такая попытка была сделана в 1894 г. в акте Конгресса США, основанном на рекомендациях Международной комиссии инженеров и ученых. В результате принятия этого акта вскоре оказалось, что закон Ома «нарушается» из-за того, что систематические ошибки эксперимента превышают необходимую точность.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление