Импеданс свободного пространства - Impedance of free space

Импеданс свободного пространства , Z 0 , является физической константой , связывающее величины электрического и магнитного полей электромагнитного излучения , проходящего через свободное пространство . То есть Z 0 = | E | / | H | , где | E | - напряженность электрического поля и | H | - напряженность магнитного поля . В настоящее время принятое значение составляет

Z 0  =  376,730 313 668 (57) Ом .

Импеданс свободного пространства (то есть волновое сопротивление плоской волны в свободном пространстве) равен произведению проницаемости вакуума μ 0 и скорости света в вакууме c 0 . До 2019 года значения обеих этих констант считались точными (они были даны в определениях ампера и метра соответственно), и поэтому значение импеданса свободного пространства также считалось точным. Однако с переопределением основных единиц СИ , вступившим в силу 20 мая 2019 года, импеданс свободного пространства подлежит экспериментальному измерению, поскольку только скорость света в вакууме c 0 сохраняет точно определенное значение.

Терминология

Аналогичная величина для плоской волны, проходящей через диэлектрическую среду , называется собственным импедансом среды и обозначается η ( эта ). Следовательно, Z 0 иногда называют внутренним импедансом свободного пространства и обозначают символом η 0 . У него есть множество других синонимов, в том числе:

  • волновое сопротивление свободного пространства ,
  • сопротивление вакуума ,
  • собственное сопротивление вакуума ,
  • характеристическое сопротивление вакуума ,
  • волновое сопротивление свободного пространства .

Связь с другими константами

Из приведенного выше определения, и плоской волны решения уравнений Максвелла ,

где

μ 0 - магнитная постоянная , также известная как проницаемость свободного пространства ≈ 12,566 Генри / метр,
ε 0 - электрическая постоянная , также известная как диэлектрическая проницаемость свободного пространства ≈ 8,854 Фарад / метр,
c - скорость света в свободном пространстве .

Величину, обратную Z 0 , иногда называют допуском свободного пространства и обозначают символом Y 0 .

Историческое точное значение

Между 1948 и 2019, в СИ АГРЕГАТЕ амперное была определен путем выбора числового значения ц 0 в точности 4 π × 10 -7   Н / м . Аналогичным образом, с 1983 года измеритель СИ был определен относительно второго, выбирая значение c 0, чтобы быть 299 792 458  м / с . Следовательно, до переопределения 2019 г.

точно ,

или же

Эта цепочка зависимостей изменилась после переопределения ампер 20 мая 2019 года.

Приблизительно как 120π Ом

В учебниках и статьях, написанных примерно до 1990 года, очень часто заменяют Z 0 приблизительным значением 120 π  Ом . Это равносильно принятию точной скорости света c. 3 × 10 8  м / с в сочетании с текущим определением μ 0 как 4 π × 10 -7   Н / м . Например, Cheng 1989 гласит что сопротивление излучения из Герца диполя является

( неточно ).

Об этой практике можно судить по результирующему расхождению в единицах данной формулы. Рассмотрение единиц или, более формально, анализ размеров , может быть использован для восстановления формулы к более точной форме, в данном случае для

Смотрите также

Ссылки и примечания

  1. ^ «2018 CODATA Value: характеристическое сопротивление вакуума» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 31 октября 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  2. ^ Haslett, Christopher J. (2008). Основы распространения радиоволн . Серия Cambridge Wireless Essentials. Издательство Кембриджского университета. п. 29. ISBN   978-0-521-87565-3 .
  3. ^ а б Дэвид К. Ченг (1989). Полевая и волновая электромагнетизм (2-е изд.). Нью-Йорк: Аддисон-Уэсли. ISBN   0-201-12819-5 .
  4. ^ Гуран, Ардешир; Миттра, Радж; Мозер, Филип Дж. (1996). Электромагнитные волновые взаимодействия . Серия по устойчивости, вибрации и управлению системами. World Scientific. п. 41. ISBN   978-981-02-2629-9 .
  5. ^ Клеммова, PC (1973). Введение в теорию электромагнетизма . University Press. п. 183. ISBN.   978-0-521-09815-1 .
  6. ^ Краус, Джон Дэниел (1984). Электромагнетизм . Серия Макгроу-Хилла в электротехнике. Макгроу-Хилл. п.  396 . ISBN   978-0-07-035423-4 .
  7. ^ Кардарелли, Франсуа (2003). Энциклопедия научных единиц, весов и мер: их эквиваленты в системе СИ и происхождение . Springer. п.  49 . ISBN   978-1-85233-682-0 .
  8. Перейти ↑ Ishii, Thomas Koryu (1995). Справочник по микроволновой технологии: приложения . Академическая пресса. п. 315. ISBN   978-0-12-374697-9 .
  9. ^ С ISO 31-5 , NIST и МБМВ приняли обозначение гр 0 для скорости света в свободном пространстве .
  10. ^ «Текущая практика заключается в использовании c 0 для обозначения скорости света в вакууме согласно ISO 31. В первоначальной Рекомендации 1983 года для этой цели использовался символ c ». Цитата из специальной публикации NIST 330 , Приложение 2, стр. 45 .

дальнейшее чтение