Магнетна константа

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето

Физичката константа μ0, која најчесто се нарекува вакуум пропустливост, пропустливост на празниот простор, пропустливост на вакуум, или магнетна константа, е идеална, (основна) физичка константа, што е вредноста на магнетната пропустливост вовакуум. Вакуум пропустливоста е добиена како производ на магнетното поле со електрична струја или со движење на електрично полнење и во сите други формули за произбодство на магнетни полиња во вакуум. Во референтниот систем навакуум, μ0 е точно дефинирана вредност:[1][2]

Како постојана, исто така може да се дефинира и како основно непроменливо количество, и е една од трите компоненти кои го дефинираат празен простор преку Максвеловите равенки. Во класичната физика, слободниот простор е концепт на електромагнетната теорија, што одговара на теоретски совршениот вакуум и понекогаш се нарекува вакуум на празен простор, или како класичен вакуум, и е соодветно да се гледа како референтен систем.[3][4]

Амерот ја дефинира вакуум пропустливоста[уреди | уреди извор]

 Ампер е постојаната струја која, ако се одржува во две директно паралелни проводници на бесконечна должина, на занемарлив кружен пресек, и се постави на растојание од  1 метар во вакуум, помеѓу овие проводници ќе произведе сила еднаква на 2×10-7 њутн по метар должина.

Усвоена во 1948 година, ефектот на оваа дефиниција е да се утврди магнетната константа (пропустливост на вакуум) во точно 4π×10−7Х/м. За да понатаму се илустрира:

Два тенки, прави, неподвижни, паралелни проводници, на растојание r освен во празен простор, секој носејќи ја моментната струја I, ќе употребат сила еден врз друг.

Амперот е дефиниран, така што жиците се на растојание од 1 м,и струјата во секоја жица е 1А, силата помеѓу двете жици е 2×10−7њутни. Оттука вредноста на μ0 е дефинирана да биде токму[5][6]

Терминологија[уреди | уреди извор]

Стандардните Организации неодамна преминаа на магнетната константа како преферирано име за μ0, иако постарото име продолжува да се користи како синоним. Историски гледано, константата μ0 имала различни имиња. Во 1987 IUPAP Црвена книга, на пример, оваа константа се уште се нарекувала пропустливост на вакуум. Друг, сега прилично редок и застарен, е терминот "магнетна протективност на вакуум". Терминот "вакуум пропустливост" (и неговите варијации, како што е "пропустливост на празниот простор") останува многу распространет.

Името "магнетна константа" се користи од страна на стандарди организации, со цел да се избегне употребата на термините "пропустливост" и "вакуум", кои имаат физички значења. Оваа промена на приоритетното име е направена бидејќи μ0 е дефинирана вредност, а не е резултат на експериментални мерења (види подолу).

Систем на единици и историско потекло на вредноста на μ0[уреди | уреди извор]

Во принцип, постојат неколку системи на равенки кои може да се искористат за да се постави систем на електрични количини и единици.[7] Од крајот на 19 век, основните дефиниции на тековните единици се поврзани со дефинициите на маса, должина и времето, со користење на Aмперовата сила. Сепак, прецизниот начин на кој ова "официјално" е направено е сменет неколку пати, како што се развиваат техниките за мерење и размислување за темата. Целокупната историја на единицата на електрична струја, и на поврзаното прашањето како да се дефинира збир на равенки за опишување на електромагнетни појави, е многу комплицирана. Накратко, основната причина зошто μ0 има вредност што ја прави е како што следува.

Амперовата сила како закон го опишува експериментално добиениот факт дека, за две тенки, правилни, неподвижни, паралелни проводници, на растојание r , од кои во секоја тече сопствена струја, силата по единица должина, Fm, која една жица ја врши врз другата во вакуум на празен простор ќе биде дадена од страна на

Пишувањето на константа на пропорционалност како кm  дава:

Форма на км треба да биде избрана со цел да се постави систем на равенки, како и вредноста која треба да се распредели за да се дефинира единица на струјата.

Во стариот "електромагнетен (ему)" систем на равенки дефинирани во доцните 1800-тите, км е избран да биде бројот, 2, растојанието беше измерено во сантиметри, силата била измерена во сгс единицата Дин, и струите дефинирани од страна на оваа равенка беа измерени во "електромагнетната единица (ему) на тековните" (исто така наречена "abampere"). Практична единица што треба да се користи од страна на електричарите и инженерите, ампертот, тогаш беше дефиниран како една десетина од електромагнетната единица за струја.

Во друг систем, "рационализиран систем на метар–килограм–секунда(рмкс)" (или алтернативно на "метар–килограм–секунда–ампер систем"(мкса)), км е напишан како μ0/2π, каде μ0 е мерно-системска константа која се нарекува "магнетна константа". Вредноста на μ0 беше избрана така што единицата на рмкс на струја е еднаква по големина на ампер во ему систем: μ0 е дефинирано да биде 4π × 10−7Х/м.[8]

Историски гледано, неколку различни системи (вклучувајќи ги и двете што се опишани погоре) биле во употреба истовремено. Особено, физичарите и инжинерите користеле различни системи, физичарите користеле три различни системи за различни делови од физичката теорија и четврт систем (инженерскиот систем) за лабораториски експерименти. Во 1948 година, организациите за стандардизација ги донесоа меѓународните одлуки за усвојување на системот рмкс,како и поврзаниот збир на електрични количини и единици, како единствен главен меѓународен систем за опишување на електромагнетни појави во Меѓународниот Систем на Единици.

Aмперовиот закон, како што е наведено погоре ја опишува физичката сопственост на светот. Сепак, изборот за форма на км и вредноста на μ0 се целосно човечки одлуки, донесени од страна на меѓународните тела составени од претставници на националните организации за стандардизација на сите земји-членки. Параметарот μ0 е константа на мерниот систем, а не физичка константа што може да се мери. Не опишува физички својства на вакуум.[9] Ова е причината зошто релевантните организации за стандарди го претпочитаат името "магнетна константа",наместо секое име кое ги носи скриените и погрешни импликации дека μ0 опишува некоја физичка особина.

Значење во електромагнетизмот[уреди | уреди извор]

Магнетната константа μ0 се појавува во Максвеловите равенки, кои ги опишуваат својствата на електричните и магнетнните полиња и електромагнетното зрачење, и се однесуваат на нивните извори. Особено, се појавува во однос на количините како пропустливост и густина на магнетизацијата, како што е односот што го дефинира магнетното Х-поле во однос на магнетното Б-поле. Во вистински систем, овој однос има форма:Шаблон:Block indentкаде M е густина на магнетизација. Во вакуум, M = 0.

Во SI системот, брзината на светлината во вакуум, c,[10] е поврзана со магнетната константа и електричната константа (вакуумска диелектричност), ε0, по дефиниција:Шаблон:Block indentОвој однос може да се изведе со помош на Максвеловите равенки на класичниот електромагнетизам во системот на класичниот вакуум, но овој однос го користи Меѓународното Биро за Тегови и Мерки и Националниот Институт за Стандарди и Технологија, како дефиниција на ε0 во однос  на дефинирани нумерички вредности за c и μ0, не е претставен како резултат добиен според валидноста на Максвеловите равенки.[11]

Спротивно на тоа, со оглед на тоа што пропустливоста е поврзана со константата на фината структура (), пропустливоста може да се изведе од последното (со користење Планковата константа - х, и електричното полнење на еден електрон - e):Шаблон:Block indentВо меѓународниот систем на мерни единици тоа ќе биде дефинирано со константата на фината структура, и ќе ја дели истата маргина на грешка во неговата позната вредност.

Поврзано[уреди | уреди извор]

  • Карактеристична отпорност на вакуум
  • Електромагнетни бранови равенка
  • Синусоидален авион-бран решенија на електромагнетни бранови равенка
  • Математички описи на електромагнетно поле
  • Нови SI дефиниции

Препораки и забелешки[уреди | уреди извор]

  1. „Magnetic constant“. Fundamental Physical Constants. Committee on Data for Science and Technology. 2006. конс. 2010-02-04 – преку National Institute of Standards and Technology. 
  2. Rosen, Joe. (2004). „Permeability (Physics)“. Encyclopedia of Physics. New York: Facts On File. (посет. 4 февруари 2010 г)
  3. „Introduction to the constants for nonexperts“. Fundamental Physical Constants. Committee on Data for Science and Technology. 2006. конс. 2010-02-04 – преку National Institute of Standards and Technology. 
  4. Weiglhofer, Werner S. (2003). „§ 4.1 The classical vacuum as reference medium“. Weiglhofer, Werner S.. Introduction to complex mediums for optics and electromagnetics. 123. Bellingham, Washington, United States: SPIE Press. стр. 34 ff. ISBN 978-0-8194-4947-4. 
  5. „Magnetic constant“. 2006 CODATA recommended values. NIST. конс. 2007-08-08. 
  6. See Table 1 in Mohr, Peter J; Taylor, Barry N; Newell, David B. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006. „Reviews of Modern Physics“ том  80 (2): 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633. Bibcode2008RvMP...80..633M. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/codata.pdf. 
  7. For an introduction to the subject of choices for independent units, see John David Jackson (1998). Classical electrodynamics (Third издание). New York: Wiley. стр. 154. ISBN 978-0-471-30932-1. 
  8. This choice defines the SI unit of current, the ampere: „Unit of electric current (ampere)“. Historical context of the SI. NIST. конс. 2007-08-11. 
  9. The magnetic permeability of a realizable vacuum (such as outer space, or ultra-high vacuum), which is measurable at least in principle, is distinct from the defined parameter μ0.[се бара извор]
  10. „CODATA Value: speed of light in vacuum“. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. US National Institute of Standards and Technology. June 2015. конс. 2015-09-25. 2014 CODATA recommended values 
  11. The exact numerical value is found at: „Electric constant, ε0. NIST reference on constants, units, and uncertainty: Fundamental physical constants. NIST. конс. 2012-01-22.