磁场单位高斯单位制与国际单位制的转换关系.
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磁场单位:高斯单位制与国际单位制的转换关系
若是以B SI表示际单位制磁感应强度的单位,其他量类推,那么磁场强度、磁感应强度、磁化强度在高斯单位制与国际单位制的转换关系为:
以下推出高斯单位制下磁化强度:
以下是这2种单位制的介绍:
一、力学量纲和单位
力学物理定律在国际单位制(记作SI)和高斯单位制(又称为厘米克秒制,记CGS)中具有相同的形式,并且它们都以长度、时间和质量作为基本量纲,所以所有的力学量都具有相同的量纲。
表1 力学量纲和单位
二、静电制量纲和单位
高斯制在电磁学中具两套单位制,一套以库仑定律为基础,称为静电制,记作CGSE,另一套以安培定律为基础,称为静磁制,记作CGSM。
静电学中最基本的定律是库仑定律,其国际制的形式是:
F = Q1 * Q2 / 4 / Pi / r ^ 2 (1)
这里,e0是真空中的介电常数,其数值为8.8541878*10^-12 C^2/Nm^2。
而静磁制则是:
F = Q1 * Q2 / r ^ 2 (2)
在国际制中,电流是基本量纲。
而由公式(2)可以看出,静电制不需要新的基本量纲。
为此静电制电量的量纲就是:L^(3/2)*T^(-1)*M^(1/2),它具有一个新的单位:esu(C),称为静电单位电量(或称静电库仑),其值为1dyn^(1/2)cm。
不同单位制中的单位可以互相转换,这里给出从esu转换成库仑(C)的方法:
(1) 设1C = x esu;
(2) 根据公式(1),当r = 1m,q1 = q2 = 1C时,F = 8.9875518*10^9 N;
(3) 把r = 1m = 10^2cm,q1 = q2 = x esu,F = 8.9875518*10^9 N =
8.9875518*10^14 dyn代入公式(2),得:x = 2.99792458*10^9,
(4) 得出结论
1C = 2.99792458*10^9 esu(C)
[1] (3)
1esu(C) = 3.33564096*10^-10
C (3\')
公式(3)和(3\')是国际制单位和高斯制单位相互转换的基本公式。
注[1]:由于等式两边采取的单位制不同,所以这样的等号在数学上是不严格的。
三、静磁制量纲和单位
静磁学中最基本的定律是安培定律,国际制的形式是:
F = (m0 / 2 / Pi) * I1 * I2 * l
/d (4)
这里,m0是真空中的导磁率,其数值为4*Pi*10^(-7) Nm/A^2。
而静磁制则是:
F = 2 * I1 * I2 * l /
d
(5)
因此静磁制也不需要新的基本量纲,电流的量纲就是:
L^(1/2)*T^(-1)*M^(1/2),
静磁制给予一个新的单位:emu(A),称为静磁单位电流(或称静磁安培),其值为1dyn^(1/2)。
emu(A)和A的转换公式为:
1 A =
0.1emu(A)
(6)
1 emu(A) = 10
A (6\' )
表2 电磁学物理量的量纲和单位
四、量纲分析法
在国际制,电流单位"安培"是根据安培定律来定义的,所以它的前身是静磁制单位。
由于存在这几个换算公式:(1) 1m = 100cm,(2) 1kg = 1000kg,(3) 1A =0.1emu(A),所以可以根据国际制单位的量纲来确定换算比例。
如果国际制单位的量纲是L^x*T^y*M^z*I^w,那么它和静磁制单位的换算关系就是:
1国际制单位 = 100^x*1000^z*0.1^w 静磁制单
位 (7)
例如,国际制中磁强度单位T的量纲为T^(-2)*M*I^(-1),那么它和静磁制单位G的换算关系就是:1T = 1000*0.1^(-1)G = 10000G。
静电制单位和静磁制单位的换算关系可以通过下面的公式得到:
c = 1 / sqrt(e0 *
m0)
(8)
在静电制中,4 * Pi * e0 = 1,在静磁制中,m0 / 4 / Pi = 1,而c在两个单位制中都是2.99792458*10^10 cm/s,所以静电制单位和静磁制单位的换算比例总是光速(2.99792458*10^10)的若干次方。
如果静电制单位和静磁制单位的量纲之比为L^(-n)*T^n,那么两者的换算关系就是:
1 静电制单位 = (2.99792458*10^10)^n 静磁制单
位 (9)
例如,国际制中电容单位F的量纲为L^(-2)*T^4*M^(-1)*I^2,要把它转化为静电制单位cm,首先要经过静磁制单位cm/s^2,关系是:
1 F(SI) = 10^-9*(cm/s^2)^(-1)(CGSM)
由于电容在静磁制中的量纲L^(-1)*T^2和静电制中的量纲L之比为
L^(-2)T^2,所以两个单位制的比应该是:
1 (cm/s2)^(-1)(CGSM) = 8.98755179*10^20 cm(CGSE)。
最后,1 F(SI) = 8.98755179*10^11 cm(CGSE)。
表3一些基本电磁量单位换算。