Вакуумная проницаемость - Vacuum permeability


Из Википедии, свободной энциклопедии

Физическая константа μ 0 , (объявленный «му нуля» или «ноль» му), который обычно называют вакуумную проницаемостью , проницаемостью свободного пространства , проницаемости вакуума или магнитной постоянная , является магнитной проницаемостью в классическом вакууме . Вакуумная проницаемость происходит от производства магнитного поля электрического тока или двигающегося электрическим зарядом и во всех других формулах для производства магнитного поля в вакууме.

По состоянию на 20 мая 2019 вакуума проницаемость больше не будет строго быть постоянной , а скорее должна быть определена экспериментально; 4 π  × 1,000 000 000 82 (20) 10 -7 Н · м -1 является недавно измеренное значение в новой системе. Она пропорциональна безразмерной постоянной тонкой структуры без других зависимостей.

До этого, в эталонной среде классического вакуума , μ 0 имела точное определенное значение:

μ 0 = 4 π × 10 -7  Н / м1,256 637 0614 ... × 10 -6 Н / 2 или Т ⋅m / А или Вб / (A⋅m) или Vс / ( ⋅m )

Амперная определяются вакуумная проницаемость

Амперной в том , что постоянным током , который, если поддерживается в двух прямых параллельных проводников бесконечной длины, пренебрежимо малого кругового сечения, и помещают 1 метра друг от друга в вакууме, будет производить между этими проводниками силу , равную 2 × 10 -7 ньютон на метр длины.

Принятый в 1948 году, эффект этого определения в том, чтобы зафиксировать магнитную проницаемость (проницаемость вакуума) ровно 4 π × 10 -7  Н / м . Для дальнейшей иллюстрации:

Две тонкие, прямые, стационарные, параллельные провода, расстояние г друг от друга в свободном пространстве , каждый из которых несет ток I , будет прикладывать силу друг на друга. Закон ампер гласит , что сила на длину L задается

Амперной был определен таким образом , что , если провода 1 м друг от друга , и ток в каждом проводе равен 1 А, сила , действующая между двумя проводами 2 × 10 -7  Н . Следовательно , величина ц 0 была определена , чтобы быть точно

В системе СИ , которая собирается в силу в 2019 году, это значение должно быть определено экспериментально; 4 π  × 1,000 000 000 82 (20) 10 -7 Н · м -1 является недавно измеренное значение в новой системе. Это будет пропорциональна безразмерной постоянной тонкой структуры без других зависимостей.

терминология

Стандарты организация недавно переехал магнитный постоянный , как предпочтительное имя для ц 0 , хотя старое название продолжает быть перечислено в качестве синонима. Исторически сложилось, что постоянная μ 0 имеет имели разные имена. В 1987 ИЮПАПЕ Красной книги, к примеру, эта константа была до сих пор называют проницаемость вакуума . Другой, в настоящее время довольно редко и устаревший, термин « магнитная проницаемость вакуума ». Смотри, например, Слуга и др. Термин «вакуумное проницаемость» (и его вариации, такие как «проницаемость свободного пространства») остается очень широко.

Название «магнитная постоянная» используется организациями по стандартизации , с тем чтобы избежать использования терминов «проницаемости» и «вакуума», которые имеют физический смысл. Это изменение предпочтительного имени было сделано потому , что μ 0 была определена величиной, а не результат экспериментальных измерений (см ниже). В новой системе СИ, проницаемость вакуума не будет постоянной больше, но измеряемая величина, связанная с (измеренное) безразмерной постоянной тонкой структуры.

Системы единиц и историческое происхождение значения ц 0

В принципе, существует несколько систем уравнений , которые могут быть использованы , чтобы создать систему электрических величин и единиц. С конца 19 - го века, основные определения текущих единиц были связаны с определениями массы, длины и единицы времени, используя закон силы Ампера . Тем не менее, точный способ , в котором это «официально» было сделано много раз изменялся, как методы измерения и думать на тему , разработанной. Общая история единицы электрического тока, и связанный с этим вопрос о том , как определить набор уравнений для описания электромагнитных явлений, является очень сложной. Короче говоря, основная причина , почему ц 0 имеет значение, которое делает следующим образом .

Закон ампера описывает экспериментально-производный факт , что в течение двух тонких, прямых, стационарных, параллельных проводов, на расстоянии г друг от друга, в каждом из которых ток I течет, усилие на единицу длины, F м , что один провод Группа оказывает на другой в вакууме свободного пространства будет дано

Дать константу пропорциональности , как к м дает

Форма K м должна быть выбрана для того , чтобы установить систему уравнений, а значение , то должно быть выделено для того , чтобы определить единицу тока.

В старом «электромагнитной (эма)» система уравнений , определенных в конце 1800 - х, к м были выбраны , чтобы быть чистое число, 2, расстояние было измерено в сантиметрах, сила была измерена в CGS единицы дина , а тока определяются это уравнение были измерены в «электромагнитного блока (эму) тока» (также называемый « abampere »). Практический блок для использования электриков и инженеров, ампера, затем определяется как равный одной десятой электромагнитной единицы тока.

В другой системе, то «рационализировать метр-килограмм-секунда (rmks) система» (или в качестве альтернативы «метр-килограмм-вторых-амперные (MKSA) система»), к м записывается в виде ц 0 /2 & pi ; , где μ 0 константа измерений, система называется «магнитная постоянная». Значение ц 0 было выбрано таким образом, что rmks единица тока равна по размеру ампера в системе эмы: μ 0 был определен как 4 π × 10 -7 Н / м .

Исторически сложилось так , несколько различных систем ( в том числе двух описанных выше) были в использовании одновременно. В частности, физика и инженеры использовали разные системы, и физики используются три различных системами для различных частей теории физики и четвертой другой системы (систем Инженерных) для лабораторных экспериментов. В 1948 году международные решения были приняты организациями по стандартизации принять систему rmks, и связанный с ним набор электрических величин и единиц, в качестве единой основной международной системы для описания электромагнитных явлений в Международной системе единиц .

Закон Ампера , как указано выше , описывает физические свойства мира. Тем не менее, выбор относительно формы K м и значение ц 0 полностью человеческие решения, принятые международными органами , состоящими из представителей национальных организаций по стандартизации всех стран - участниц. Параметр μ 0 является константой измерения-система, а не физическая константа , которая может быть измерена. Это не в любом значимом смысле, описывают физические свойства вакуума. Поэтому соответствующие организации по стандартизации предпочитают название «магнитная проницаемость», а не любое имя , которое несет в себе скрытый и вводящую в заблуждение значение , что М 0 описывает некоторые физические свойства.

Значение в электромагнетизма

Магнитная постоянная μ 0 появляется в уравнениях Максвелла , описывающих свойства электрических и магнитных полей и электромагнитного излучения , а также имеют отношение их к источникам. В частности, он появляется в связи с величинами , такими как проницаемость и намагниченности плотности , таких как отношение , которое определяет магнитное H -поле в терминах магнитного B - поля. В реальных средах это соотношение имеет вид:

где М представляет собой плотность намагниченности. В вакууме , М = 0.

В системе единиц СИ, то скорость света в вакууме, с , связана с магнитной проницаемости и электрической постоянной (вакуум диэлектрической проницаемости) , е 0 , по определению:

Это соотношение может быть получено с помощью уравнений Максвелла классической электромагнетизма в среде классического вакуума , но это соотношение используется МБМВ (Международное бюро мер и весов) и NIST (Национальный институт стандартов и технологий) как определение о е 0 в условия определенных числовых значений с и ц 0 , а не представлены в качестве производного результата обусловливать действия уравнений Максвелла.

И наоборот, так как диэлектрическая проницаемость связана с постоянной тонкой структуры ( ), проницаемость может быть получена из последних ( с использованием постоянного Планка , H, и электрический заряд на электрон, е):

В новых единиц СИ , только постоянная тонкой структуры является фактическое измеренное значение в этой формуле.

Смотрите также

Ссылки и примечания