Monday, August 21, 2006

高斯单位制

高斯单位制也叫混合单位制,历史上是在电磁学的绝对静电单位制和绝对静磁单位制的基础上建立起来的。其实质是选取以下单位为基本单位;

长度单位一厘米(cm 质量单位一克(g 时间单位一秒(s

电量的单位是第一个导出单位,它是以真空中库仑定律(2)式为定义方程式。令k=1,并设Q1=Q2,便可确定电量的单位,即当具有相等电量的两个静止点电荷在真空中相距1厘米,而相互作用力为1达因时(l达因=1×10-5牛顿),则每个点电荷的电量为 1静库(1库仑=3×109 静库)。相应的电流单位为静库/秒。由于电流的单位已确定,(1)式中的比例系数由实验测定。实验测得k=1/CC为真空中的光速,是高斯单位制中唯一的普适常数。
基本单位的个数还直接影响着物理量的量纲。高斯单位制中基本单位个数少,则量纲相对简单。在高斯单位制中电场强度E、磁场强度H、电位移矢量D、磁感应强度B、极化强度P、磁化强度M具有相同量纲,更能体现电磁规律,特别是电场强度E和磁场强度H具 有相同的量纲体现出电磁场的本质——电场和磁场是同一场的两种不同表现而不是两种不同的场。但这也带来了一些量纲上的混乱。在高斯单位制中电容和电感与长 度具有相同的量纲,显然电容和电感与长度在本质上是不同的物理量。所以,一旦问题起出电磁学范围,电磁学量就不好再用高斯单位制表示,而MKSA有理制就不存在个问题。可以想像,如果高斯单位制基本单位的个数再少一个,则在电磁学范围内,它的量纲也是混乱的。

电磁现象和力学现象是紧密联系的,电磁学单位制自然要在力学单位制的基础上建立起来。所不同的是,MKSA有理制根据电磁规律在力学单位制基本单位的基础上再引入的一个基本单位——电流强度单位(安培),而高斯有理制则利用电磁规律直接建立起电磁学量与力学量之间的联系,基本单位与力学单位制是一样的。

由于MKSA有理制基本单位个数比高斯单位制多出一个,导致它的普适常数也比高斯单位制多一个。这从(2)式可以看出,在MKSA有理制中式于两边的物理量单位都已定,比例系数的数值只能由实验测得,量纲也只能由其它物理量确定,便成为普适常数。而在高斯单位制中电量的单位未定,便可使k=l,来确定电量的单位和数值,普适常数便少了一个。这样做的结果,使ε0μ0这两个并没有更多物理内涵的普适常数“组合”为真空中的光速C

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