okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 30
Текст из файла (страница 30)
1 ГэВ а=0,389 мб. СИ (сокращение французского названия Зуз1епте 1п!егпа!юпа1 д'с)п!!еез) — Международная система единиц. Основные механические единицы СИ вЂ” метр (м); килограмм (кг); секунда (сек). Производные механические единицы СИ: силы — ньютон (1 Н=1 кг м сек '); энергии — джоуль (1 Дж=1 Н.м); мощности — ватт (1 Вт= =1 Дж сек '); давления — паскаль (1 Па=1 Н м '); частоты — герц (1 Гц=1 сек '). Основная электромагнитная единица СИ вЂ” ампер. Производные электромагнитные единицы — кулон (Кл); вольт (В); фарад (Ф); ом (Ом); вебер (Вб); тесла (Тл). Степени десяти обозначаются, согласно СИ, с помощью следующих ' приставок: где Р— сила, У вЂ” сила тока, ! — длина проводников, г( — расстояние между ними, с — скорость света, то для ампера получим выражение 1 А = с Р'! О ' Н.
Но в СИ ампер рассматривается как основная, а не как производная единица. В СИ закон Ампера имеет вид 4 здесь р, — магнитная проницаемость вакуума, которая выражается через единицу индуктивности — генри (1 Гн= =1 м*.кг сек ' А '= — 1 Вб А ', определение вебера см. ниже): ре — — 4я 10 ' Гн м '=4я 10 ' Н А '. (Ампер как единица силы тока был принят на Первом международном конгрессе электриков в 1881 г. Коэффициент 10 ' в определении ампера остался нам в наследство от Х1Х в. Подробнее о его происхождении будет сказано ниже, при обсуждении вольта.) Кулон (Кл) по определению СИ равен 1 А 1 сек.
Проследим связь этого определения единицы количества электричества с другим определением, основанным на законе Кулона. Для этого удобно обратиться к системе СГС (см, г, сек) и определить электростатическую единицу электричества эсе *) на основе соотношения 1 эсе' см ' = 1 эрг. Тогда 1 эсе*=г см'сек '=10 ' кг м' сек '=10 ' Н м'.
Сравнивая это выражение с определением кулона в СИ, мы видим, что 1 Кл'= 1 А'сек'=10 'с' Н сек'= =10 ' Н мз( с 1 — ) =!О' эсе'! с 1 — к1 му м Следовательно, ! / сек'~, ! 1 Кл = — эсе ( с 1 — 1, =-1 эсе — Г. !О ( см у' !О '! ачы используем здесь обозначение «эсе» вместо международного обозначения «ези» вЂ” е!ее!го«гоп« ппи; ! эсе равна единице количества электричества в системе ОГСЭ, см. !!1 в списке литературы в копие этого приложения.
Здесь ~=2,99792458(1,2) 1О" — численное значение скорости света с в вакууме, измеренное в единицах~ем-сек '. Коэффициент ь часто встречается при переходе от единиц СИ к единицам СГСЭ. Заметим при этом, что коэффициент 1/10 в определении кулона является следствием «исторического» коэффициента 10 ' в определении ампера (см. ниже, обсуждение вольта). Закон Кулона в СИ имеет вид оя Р=- —— 4пео г' ' где Я вЂ” электрические заряды (выраженные в кулонах), г — расстояние между ними (в метрах), е, — диэлектрическая проницаемость вакуума (которая выражается через единицу емкости — фарад): з,=(4пР) '10" Ф м '=8,85418782(7) 1О " Ф м 10' Ф Гн 1Ое 1 сект» ! еие Ге ме С' ( и ) сэ. Вольт (В).
Единица электрического напряжения, электрического потенциала, электродвижущей силы (э. д. с.). Согласно СИ 1 В=1 Дж 1 Кл '. Следовательно, 1 эрг 1О' см сек г эрго' см' сек-' Дж 1О эсе с емн' с эсе В качестве практической единицы э, д. с. вольт был принят на упомянутом выше конгрессе в 1881 г. При этом вольт определялся как 10' единиц системы СГСМ: Заметим кстати, что джоуль был введен в абсолютные практические электрические единицы в качестве единицы работы и энергии позднее, чем вольт, на Втором международном конгрессе электриков (1889 г.).
Легко видеть, что коэффициент 10' в определении вольта через эрг и эсе приводит к коэффициенту !0 в определении кулона через эсе и, следовательно, к коэффициенту 10 " в определении ампера через ньютон. Чем же определялся выбор коэффициента 10' в определении вольта? Ответ заключается в том, что значение вольта, определенного таким образом, близко к значению э. д. с.
так называемых нормальных элементов. Как известно, нормальным элементом называется гальванический элемент, значение э. д.с. которого стабильно во времени и воспроизводимо от зк- 146 земпляра к экземпляру. В свое время нормальные элементы служили в качестве эталона вольта. В настоящее время они широко используются для стандартизации напряжения в технике. Фарад (Ф) (прежнее название — фарада) — единица электрической емкости: 1 Ф=1 Кл 1 В '=1 м 'кг '.сек' А'. Воспользуемся соотношениями 1 А сек=-1 Кл, 1 Кл'=1О 'с' Н сек' и перейдем к системе СГС, получим =10 'с' см ж9 10" см.
Ом — единица сопротивления: 1 Ом=1 В А '=1 Дж Кл 'сек= Дж сек ( !О см т'-,,сск I см !'-' Ю" см !О~ Таким образом, Ом имеет размерность (скорость) '. В единицах, где с=-1, 1 Ом 1/ЗО. Вебер (Вб). Магнитный поток (поток магнитной индукции) согласно СИ измеряется в веберах: 1 Вб=-1 Дж А '= 1 В сек. Тесла (Тл). Плотность магнитного потока (магнитная нндукция) измеряется в теслах: 1 Тл =-1 Вб м '=1 кг сек ' А '=-1 В сек м ', 10 ' Тл ==1 Гс (гаусс). В качестве примера рассмотрим движение электрона с зарядом е и импульсом р (ГэВ с ') по орбите радиуса р (м) в поперечном магнитном поле Н (Тл). В единицах СИ: рс — еН рс, Тогда рс (ГэВ) = О,3Нр (Тл м).
Мы учли здесь, что е.1 Тл м==е 1 В сек м '=1 эВ сек м и приближенно заменили: 1О "с сек м 'жО,З. И7 СИ как стандарт. Переход к СИ рекомендован Х1 Генеральной конференцией по мерам и весам (1960 г.). Основанный на СИ стандарт (СТ СЭЕ 1052-78 «Метрология. Единицы физических величина, 1980) введен в действие в качестве государственного стандарта СССР Постановлением Госстандарта СССР от 25 июня 1979 г. со сроком начала применения в договорно-правовых отношениях и в народном хозяйстве с 1 января 1980 г. 0 достоинствах и недостатках СИ. Основным достоинством СИ является то, что большинство единиц этой системы удобно для практического применения в ряде разделов науки, в технике и в народном хозяйстве.
Вместо исторически сложившегося многообразия единиц для каждой физической величины устанавливается одна единица, и вводится четкая система образования от нее кратных и дольных единиц. Основным недостатком СИ является то, что в области фундаментальной физики многие формулы, записанные в этой системе, приобретают громоздкие пересчетные множители, имеющие не столько физический, сколько исторический характер, что затрудняет понимание сути физических явлений.
В первую очередь это связано с тем, что напряженности электрического и магнитного полей в, вакууме Е и Н имеют различные размерности и что вакууму приписываются отличные от единицы и размерные магнитная проницаемость р, и диэлектрическая проницаемость е„ так что размерности всех четырех векторов: двух напряженностей Н и Е и индукций В=р,«Н и Р=е,Š— различны, Такие определения соответствуют дорелятивистскому уровню электродинамики, на котором она находилась около ста лет тому назад, и резко противоречат физическому смыслу уравнений Максвелла, в частности тому обстоятельству, что Е и Н являются компонентами одного и того же четырехмерного тензора электромагнитного поля Р„,. Естественное стремление сохранить практические единицы: кулон, вольт, джоуль — вовсе не оправдывает упомянутых дефектов СИ.
Ведь можно сочетать и эти единицы, и разумные определения вакуума и напряженностей электромагнитных полей. Вообще, всеобъемлющая обязательная стандартизация, основанная на одной, даже более последовательной, чем СИ, системе физических единиц, может принести только вред. Мы уже видели, что понимание многих явлений в физике элементарных частиц очень упрощается, если пользоваться системой единиц Й, с=1, Было бы, однако, не- 148 разумно использовать эту систему, скажем, в быту или в сельском хозяйстве.
Упомянутый стандарт признает, что разумный выбор физических единиц необходим для научной работы. В нем сделана специальная оговорка о том, что «стандарт не распространяется на единицы, применяемые в научных исследованиях и публикациях теоретического характера». Однако признание это половинчатое, поскольку далее текст стандарта гласит, что «учебный процесс (включая учебники и учебные пособия) во всех учебных заведениях должен быть основан на применении единиц СИ и единиц, допускаемых к применению в соответствии с пунктами 3.1, 3.2, 3.3». Заметим, что и!ироко принятая в физике система СГС и система гг, с=1 в этих пунктах не упомянуты. Но как можно разрывать связь между наукой и обучением? Ведь студент, который сегодня не поймет физического смысла уравнений Максвелла, завтра не сможет их применять.
Хорошо, что, согласно стандарту, в физике наряду с джоулем разрешается использовать электропвольт. Но плохо, что изъята единица сечения бари (10 '-' сма) и ее производные, в то время как приставки, обозначающие доли, меньшие !О ", в СИ не предусмотрены. Несколько лет назад гектопаскали были решительно и внезапно введены в сводки погоды па радио и в газетах, заменив в них нестандартные миллиметры ртутного столба.
Через несколько недель, однако, это нововведение пришлось отменить. Его неподготовленность и несвоевременность стали очевидны для всех. Вред, наносимый науке, а значит в конечном счете и технике, неумеренной и неудачной стандартизацией, очевиден не столь широкому кругу людей. Однако он неизмеримо серьезнее. Литература 1. Обозначения, единицы измерения и терминология в физике. Документ 1/.1 Р. 20 (1978) Союза чистой и прикладной физики // УФ11.— 1979.— Т. 129, вып. 2,— С. 289. 2. Сивулин Д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
