Напряженность поля или плотность потока
Электрическая | E = V/s = t/s2 x 1/s = t/s3 | Потенциал на единицу пространства |
E = R/t = t2/s3 x 1/t =t/s3 | Сопротивление на единицу времени | |
Магнитная | B = A/s = t2/s3 x 1/s = t2/s4 | Потенциал на единицу пространства |
µH = m/t = t3/s4 x 1/t = t2/s4 | Проницаемость на единицу времени |
Обычно напряженность электрического поля рассматривается как потенциал на единицу расстояния, способ, которым она обычно входит в статические отношения. Как указывает таблица, альтернативно ее можно рассматривать как сопротивление на единицу времени, выражение, подходящее для применения к явлениям электрического тока. Аналогично, соответствующая величина В или µH может рассматриваться либо как магнитный потенциал на единицу пространства, либо как проницаемость на единицу времени.
Проблема размерности также вовлекается в соотношение между намагничиванием, символ М, и магнитной поляризацией, символ Р. Оба они определяются как магнитный момент на единицу объема. Магнитный момент, входящий в намагничивание – это s3/t, размерности этой величины, s3/t x 1/s3 = 1/t, делают намагничивание размерно эквивалентным Н. Магнитный момент, входящий в поляризацию, обычно называется магнитным дипольным моментом, его размерности t2/s. Тогда размерности поляризации: t2/s x 1/s3 = t2/s4. Следовательно, магнитная поляризация размерно эквивалентна напряженности поля В. Суммируя вышесказанное, можно утверждать, что имеется два набора магнитных величин, представляющих одно и те же феномены и отличающиеся лишь тем, что один включает проницаемость, t3/s4, а второй нет. Нижеприведенная таблица сравнивает два набора величин:
Магнитный момент | s3/t | Дипольный момент | t3/s4 x s3/t = t2/s4 |
Намагничивание | 1/t | Поляризация | t3/s4 x 1/t = t2/s4 |
Вектор Н | 1/t | Напряженность поля | t3/s4 x 1/t = t2/s4 |
Здесь следует отметить, что магнитная поляризация – это не магнитная величина, соответствующая электрической поляризации. Магнитная поляризация – это магнитостатическая величина с размерностями t2/s4, ее электрическим аналогом была бы электростатическая величина с размерностями t/s3. Такова была бы электрическая поляризация на основании традиционной теории аккумулирования электрического заряда в конденсаторах. Но, как мы видели в главе 15, конденсатор аккумулирует электрический ток, а не электрический заряд. Поэтому в математические соотношения понадобилось ввести термин с размерностями s2/t, убирая электростатические величины; то есть, сводя кулоны (t/s) к кулонам (s). Необходимость математической подгонки – это подтверждение вывода, что процесс аккумулирования электричества не включает никакой поляризации в электростатическом смысле.
Магнитные величины, определенные в обсуждении данной главы, скажем, основные магнитные величины, приведены в таблице 31, с их пространственно-временными размерностями и единицами в системе СИ.
По уже приведенным причинам в таблице опущен магнитный скалярный потенциал и ряд других величин, определенных в современной литературе по магнетизму в связи с отдельными магнитными феноменами, которые мы еще не исследовали в данном томе, или в связи с особыми математическими техниками, используемыми при работе с магнетизмом. Также опущены некорректные единицы СИ для МДС и напряженности магнитного поля.
Таблица 31: Магнитные величины
Величина | Единицы СИ | Размерности |
дипольный момент | вебер x метр | t2/s |
поток | вебер | t2/s2 |
полюсное напряжение | вебер | t2/s2 |
векторный потенциал | вебер/метр | t2/s3 |
МДС | t2/s3 | |
плотность потока | тесла | t2/s4 |
напряженность поля | t2/s4 | |
поляризация | тесла | t2/s4 |
индукция | генри | t2/s3 |
проницаемость | генри/метр | t2/s4 |
намагничивание | ампер/метр | 1/t |
вектор H | ампер/метр | 1/t |
магнитный момент | ампер x метр2 | s3/t |
сопротивление | 1/генри | s3/t3 |
Возникает вопрос, насколько далеко нам следует зайти в присвоении разных названий величинам, обладающим одинаковыми размерностями и, следовательно, по сути эквивалентным. Казалось бы, главным критерием должна быть полезность. Бесспорно, полезно осознавать разницу между электрической величиной (пространством) и пространством продолжений. Но не так явно, что то же самое относится и к разнице, например, между разными величинами с размерностями t2/s2. По аналогии с напряженностью электрического поля, этими размерностями можно определять и напряженность электромагнитного поля. Конечно, имеется основание и для отличия от магнитной поляризации, обладающей теми же размерностями. Справедливо ли это для других величин t2/s4, таких как плотность потока и магнитная индукция, еще не ясно.
За последние годы математическая обработка магнетизма значительно улучшилась, и число несогласованностей размерностей, обсужденных на предыдущих страницах, относительно мало по сравнению с ситуацией, существующей несколько десятилетий назад. Но современная теоретическая обработка магнетизма стремится иметь дело с математическими абстракциями и теряет контакт с физической реальностью. Поэтому концептуальное понимание магнитных феноменов намного отстает от математической обработки. Графически это иллюстрируется в таблице 32. Верхний раздел таблицы демонстрирует “соответствующие величины в электрических и магнитных цепях”,89 согласно современному учебнику, с пространственно-временными размерностями каждой величины, как определено настоящим исследованием. Нижний раздел предлагает правильные аналоги (магнитный = электрическому х t/s) в трех случаях, когда магнитный аналог реально существует. Только два из семи определений учебника верны, и в обоих случаях размерности, ныне приписываемые магнитной величине, неверны. Как видно из вышеприведенного обсуждения, проницаемость, принадлежащая МДС и напряженности магнитного поля, опускается из этих величин в системе СИ.
Таблица 32: Соответствующие величины