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
- Уравнение электромагнитной волны
- Математические описания электромагнитного поля.
- Ближнее и дальнее поле
- Синусоидальные плоские волновые решения уравнения электромагнитной волны
- Космическая ткань
- Вакуум
- Волновое сопротивление
Ссылки и примечания
- ^ «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 )
- ^ Haslett, Christopher J. (2008). Основы распространения радиоволн . Серия Cambridge Wireless Essentials. Издательство Кембриджского университета. п. 29. ISBN 978-0-521-87565-3 .
- ^ а б Дэвид К. Ченг (1989). Полевая и волновая электромагнетизм (2-е изд.). Нью-Йорк: Аддисон-Уэсли. ISBN 0-201-12819-5 .
- ^ 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 .
- ^ Клеммова, PC (1973). Введение в теорию электромагнетизма . University Press. п. 183. ISBN. 978-0-521-09815-1 .
- ^ Краус, Джон Дэниел (1984). Электромагнетизм . Серия Макгроу-Хилла в электротехнике. Макгроу-Хилл. п. 396 . ISBN 978-0-07-035423-4 .
- ^ 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 .
- Перейти ↑ Ishii, Thomas Koryu (1995). Справочник по микроволновой технологии: приложения . Академическая пресса. п. 315. ISBN 978-0-12-374697-9 .
- ^ С ISO 31-5 , NIST и МБМВ приняли обозначение гр 0 для скорости света в свободном пространстве .
- ^ «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
- Джон Дэвид Джексон (1998). Классическая электродинамика (Третье изд.). Нью-Йорк: Вили. ISBN 0-471-30932-X .