Войти
Физическая постоянная μ0, (произносится как «мю нота» или «мю» ноль "), обычно называемые проницаемостью вакуума, проницаемостью свободного пространства, проницаемостью вакуума или магнитной постоянной, составляет магнитная проницаемость в классическом вакууме. Проницаемость вакуума выводится из создания магнитного поля электрическим током или движущимся электрическим зарядом и во всех других формулах для создания магнитного поля в вакууме. По состоянию на 20 мая 2019 года проницаемость вакуума μ 0 больше не является определенной константой (в соответствии с прежним определением SI ампер ), а должна определяться экспериментально.
Значение в единицах СИ по CODATA 2018 приведено ниже. Он просто пропорционален безразмерной постоянной тонкой структуры , без каких-либо других зависимостей.
μ0= 1,25663706212 (19) × 10 H /mДо этого в эталонной среде классический вакуум, μ 0 имело точно заданное значение:
μ0= 4π × 10 Гн / м = 1,2566370614… × 10 N / A (1 генри на метр ≡ ньютон на квадрат ампер)Два тонких, прямых, неподвижных, параллельных провода, на расстоянии r друг от друга в свободном пространстве, каждый из которых несет ток I, будут оказывать силу друг на друга. Силовой закон Ампера утверждает, что магнитная сила F м на длину L определяется как
Это определение, принятое в 1948 году, позволило зафиксировать магнитную постоянную (проницаемость вакуума) ровно на уровне 4π × 10 H /m. В качестве дополнительной иллюстрации: ампер представлял собой тот постоянный ток, который, если он поддерживается в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещен на расстоянии 1 метра в вакууме, создает между этими проводниками силу равна 2 × 10 ньютонов на метр длины.
В системе СИ, которая вступил в силу в 2019 году, это значение определяется экспериментально; 4π × 1.00000000055 (15) × 10 Гм - недавно измеренное значение в новой системе.
Организации по стандартизации недавно перешли на магнитная постоянная в качестве предпочтительного названия для μ 0, хотя старое название по-прежнему отображается как синоним. Исторически константа μ 0 имела разные имена. В Красной книге 1987 IUPAP, например, эта константа все еще называлась проницаемостью вакуума. Другой, теперь довольно редкий и устаревший термин - «магнитная проницаемость вакуума». См., Например, Servant et al. Термин «проницаемость для вакуума» (и его варианты, такие как «проницаемость свободного пространства») остается очень распространенным.
Название «магнитная постоянная» использовалось организациями по стандартизации, чтобы избежать использования терминов «проницаемость» и «вакуум», которые имеют физическое значение. Это изменение предпочтительного названия было сделано, потому что μ 0 было определенным значением и не было результатом экспериментального измерения (см. Ниже). В новой системе СИ проницаемость вакуума больше не имеет определенного значения, а является измеряемой величиной с неопределенностью, связанной с неопределенностью (измеренной) безразмерной постоянной тонкой структуры.
В принципе, существует несколько систем уравнений, которые можно использовать для создания системы электрических величин и единиц. С конца 19 века фундаментальные определения текущих единиц были связаны с определениями единиц массы, длины и времени с использованием закона силы Ампера. Однако точный способ, которым это было сделано «официально», многократно менялся по мере развития методов измерения и мышления по данной теме. Общая история единицы электрического тока и связанного с ней вопроса о том, как определить систему уравнений для описания электромагнитных явлений, очень сложна. Вкратце, основная причина, по которой μ 0 имеет такое значение, заключается в следующем.
Силовой закон Ампера описывает экспериментально полученный факт, что для двух тонких, прямых, неподвижных, параллельных проводов расстояние r друг от друга, в каждом из которых протекает ток I, сила на единицу длины, F м / L, то, что одна проволока воздействует на другую в вакууме свободного пространства, будет выражено как
Запись константы пропорциональности как k m дает
Форма k m должна быть выбрана для создания системы уравнений, и затем необходимо присвоить значение, чтобы определить единицу тока.
В старой "электромагнитной (emu)" системе уравнений, определенной в конце 19 века, k m было выбрано как чистое число, 2, расстояние измерялась в сантиметрах, сила измерялась в единицах cgs дин, а токи, определяемые этим уравнением, измерялись в «электромагнитных единицах (emu) тока» (также называемых «abampere "). Практическая единица измерения, используемая электриками и инженерами, ампер, была определена как равная одной десятой электромагнитной единицы тока.
В другой системе, «рационализированная система метр – килограмм – секунда (rmks)» (или, альтернативно, «система метр – килограмм – секунда – ампер (мкса)»), k m записывается как μ 0 / 2π, где μ 0 - постоянная системы измерения, называемая «магнитной постоянной». Значение μ 0 было выбрано таким образом, чтобы единица измерения тока rmks была равна по величине амперу в системе эму: μ 0 было определено как 4π × 10 H /m.
Исторически несколько разных систем (включая две описанные выше) использовались одновременно. В частности, физики и инженеры использовали разные системы, а физики использовали три разные системы для разных частей теории физики и четвертую другую систему (систему инженеров) для лабораторных экспериментов. В 1948 году организации по стандартизации приняли международные решения о принятии системы rmks и связанного с ней набора электрических величин и единиц в качестве единой основной международной системы для описания электромагнитных явлений в Международной системе единиц.
закон Ампера. как указано выше, описывает физическое свойство мира. Однако выбор формы k m и значения μ 0 является полностью человеческим решением, принимаемым международными организациями, состоящими из представителей национальных организаций по стандартизации всех стран-участниц. Параметр μ 0 - это постоянная измерительной системы, а не физическая константа, которую можно измерить. Он ни в каком значимом смысле не описывает физическое свойство вакуума. Вот почему соответствующие организации по стандартизации предпочитают название «магнитная постоянная», а не любое название, которое несет скрытый и вводящий в заблуждение смысл, что μ 0 описывает какое-то физическое свойство.
Магнитная постоянная μ 0 появляется в уравнениях Максвелла, которые описывают свойства электрических и магнитных полей и электромагнитное излучение, и связать их с их источниками. В частности, оно проявляется в отношении таких величин, как проницаемость и плотность намагничивания, например, соотношение, которое определяет магнитное поле H с точки зрения магнитного поля. B -поле. В реальных медиа это соотношение имеет вид:
где M - плотность намагничивания. В вакууме, M= 0.
В Международной системе количеств (ISQ) скорость света в вакууме c связана с к магнитной постоянной и электрической постоянной (диэлектрической проницаемости вакуума), ε 0, по уравнению:
Это соотношение можно вывести с помощью уравнений Максвелла классического электромагнетизма. в среде классический вакуум, но это соотношение используется BIPM (Международное бюро мер и весов) и NIST (Национальный институт стандартов и технологий) в качестве определения ε 0 в терминах определенных числовых значений для c и μ 0, и не представляется как производный результат, зависящий от действительности уравнений Максвелла.
И наоборот, поскольку диэлектрическая проницаемость связана с постоянная тонкой структуры (
В новых единицах СИ, только постоянная тонкой структуры является измеренным значением в единицах СИ в выражении справа, поскольку остальные константы имеют определенные значения в единицах СИ.
