Данный текст - это параллельный конспект книг Киттеля (Берклеевский курс физики, т.2) и Фейнмана (Фейнмановские лекции по физике, тт. 5..7), написанных соответственно в системах СГСЭ и СИ. Цель такого конспекта - продемонстрировать различие построения этих систем и показать, как в общем случае преобразовать нужную формулу из одной системы в другую (что бывает необходимо, когда нужно свести воедино данные из разных работ). Конспект писался для личных целей и поэтому написан латиницей (чтобы отсутствие кириллизации Линукса не мешало его чтению), но при необходимости автор готов переписать его кириллицей. Автоматический перевод формул (требующий, к сожалению, дополнителных усилий по приведению их к виду, понимаемому программой) реализован в прилагаемом питоновском модуле smy_6c.py (рассчитан на версию питона 2). Для его работы необходимо установить пакет sympy (SYMbolic PYthon). ---------------------------------------------------------------- 2019,5,26 (ws). Teku[ee srawnenie s-m SGSE i SI. Opr. \l. polq: SGSE: SI: F = q1*q2/r^2 F = (1/(4*pi*eps0))*q1*q2/r^2 (1/(4*pi) - `toby uprostitx wyr. dlq plosk. kond-ra; eps0 - `toby ispolxz. amper kak ed-cu toka; zna`enie i razm-stx eps0 wyqsnqtsq pozve) Opr. polq i potenc.: F = q*E kak w SGSE E = q/r^2 E = (1/(4*pi*eps0))*q/r^2 E = -grad fi kak w SGSE fi = q/r fi = (1/(4*pi*eps0))*q/r Int E ds = 4*pi*q Int E ds = (1/eps0)*q Pole plastiny: q = sigma*S kak s SGSE E*2*S = 4*pi*sigma*S E*2*S = (1/eps0)*sigma*S => E = 2*pi*sigma => E = (1/2)*(1/eps0)*sigma Pole dwuh plastin (= kondensatora): E = 4*pi*sigma E = (1/eps0)*sigma d_fi = E*d Opr. C: q = C*d_fi => C = sigma*S/(4*pi*sigma*d) C = sigma*S/((1/eps0)*sigma*d) = (1/(4*pi))*S/d = eps0*S/d Opr. magn. polq: F = q*E + q/c*v x B F = q*E + q*v x B Iz soobr. o tom, `to magn. pole estx relqt. poprawka k \l-skomu (Parsell, s.184): B = 2*I/(r*c) Togda dlq parall. prowoda: q = lam*dl dl = v*dt I = q/dt = lam*v F = q/c*v x B = lam*dl/c*v x B = I/c *dl*B, a dlq dwuh prowodow - Dlq 2 prowodow - opr. ampera: F/dl = 2*I1*I2/(r*c^2) f (N/m) = mu0/(4*pi) * 2*I^2/r (A^2/m), mu0 = 4*pi*1e-7 N/A^2 . T.e. 1 A = tok, pri k-rom i pri dl=1 m, r=1 m: F_SGS = 2*I_SGS^2/c_SGS^2 F_SI = 2e-7 (N) => F_SGS*c_SGS^2/2 = I_SGS^2 => I_SGS^2 = 2e-7*1e5 *1e4*c_SI^2/2 = 1e2*c_SI^2 => I_SGS = 10*c_SI. T.e.: 1 A = 10*2.998e8 = 2.998e9 ed. SGSE_I, q = I*dt => 1 Kl = 2.998e9 ed. SGSE_q. T.e. q/q_ == q_SGS/q_SI = 10*c_SI. Prowerka: zarqd \l-na: q_SI = 1.6021766208e-19 q_SGSE = 4.80320427e-10 otn=q_SGSE/q_SI print otn/1e9 # -> 2.9979... Wozwr. k zakonu Kulona: F = q^2/r^2 F_ = (1/(4*pi*eps0))*q_^2/r_^2 1 = F/q^2*r^2 1 = F_* (4*pi*eps0)/q_^2*r_^2 1 = F_/F*(4*pi*eps0)/(q_/q)^2*(r_/r)^2 = 1e-5 *(4*pi*eps0) * (10*c_SI)^2 * 1e-2 => (4*pi*eps0) = 1e7 /(10*c_SI)^2 => eps0 = 1e7/c_SI^2/(4*pi) = 8.8537e-12 A dolvno bytx: eps0 = 8.854e-12 Kl^2/(N*m^2) . Sowpalo. Togda eps0*mu0 = 1e7/c_SI^2/(4*pi) * 4*pi*1e-7 Kl^2/(N*m^2) * N/A^2 = 1/c_SI^2 (A/sek)^2/(m^2) /A^2 = 1/c_SI^2 sek^2/m^2 . Dalee ispolxz. tv. mu0 == 1/(eps0*c^2) . ---- Wozwr. k wyr. dlq magn. polq prowoda: f (N/m) = mu0/(4*pi) * 2*I1*I2/r F = q*v x B = lam*dl*v x B = I*dl*B => F/dl = I2*B = mu0/(4*pi) * 2*I1*I2/r => B = 2*I/(r*c) B = mu0/(4*pi) * 2*I/r Sledstwie: Int B dl = Int B dl = mu0/(4*pi)*2*I/r*2*pi*r = 2*I/(r*c)*2*pi*r = mu0*I == I/(eps0*c^2) (4*pi/c)*I rot B = (4*pi/c)*J rot B = mu0*J Wwodim B = rot A, Kak w SGSE. i iz analogii urawnenij dlq fi i A (Parsell, s.202..206 i 355) polu`. zakon Bio-Sawara-Lapl.: rot rot A = 4*pi/c * J rot rot A = mu0*J Nabla^2 Ax = -4*pi*Jx/c Nabla^2 Ax = -mu0*Jx A = (1/c)* Int j/r*dV A = mu0/(4*pi) Int j*dV/r ili 1/c Int I*dl/r ili mu0/(4*pi) Int I*dl/r dA = I/c * dl/r dA = mu0/(4*pi) * I*dl/r dB = I/c *dl x unit(r)/r^2 dB = mu0/(4*pi) I x e12/r^2 dl E[@ sledstwie: pustx peremy`ka ramki dwivetsq; rezulxtat w s-me SI sogl. s priwedennym w https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_электромагнитной_индукции_Фарадея . F = q*E + q/c v*B; F = q*E + q/c v*B; dlina peremy`ki - l, -> to ve bez 1/c => v = dx/dt treb. kompensir. sila = q*E = q*EDS/l => q*EDS/l + q/c*dx/dt *B => EDS = 1/c*d(B*S)/dt EDS = d(B*S)/dt ---- Perehodim k wopr. o E, P i D. F-ly dlq SI ber@m iz https://ru.wikipedia.org/wiki/Диэлектрическая_проницаемость . Dlq rawnomerno \l. polqriz. materiala: razbiwaem na stolbiki wdolx napr. polqrizacii, a stolbiki - na "tabletki"; zarqdy pereme]. na werhn. i nivn. grani s sohr. dip. mom., `toby dalxnee pole ne izmen., a pri sostykowke tabletok `toby zarqdy na stykah granej skompensirowalisx. p = q*d P = p/(S*d) (== dip. mom. ed-cy ob'@ma) q = sigma*S => sigma = q/S = p/(S*d) = P. Wnutri plastiny, polqriz. perp. swoej pl-sti - polu`. kak dlq plosk. kondensatora: E=-4*pi*P E = -(1/eps0)*P E = E0 - 4*pi*P E = E0 - (1/eps0)*P => E0 = E + 4*pi*P => E0 = E + (1/eps0)*P Obozn.: D == E + 4*pi*P D == eps0*E + P => => D = E0 D = eps0*E0 Smysl wwedeniq D: div E = 4*pi*(rho_swob + rho_swqz) div E = (1/eps0)*(rho_swob + rho_swqz) div P = -rho_swqz . Kak w SGSE. div D = 4*pi*rho_swob . div D = eps0*div E + div P = (rho_swob + rho_swqz) - rho_swqz = rho_swob . Wwod hi i eps (napomin., `to so wne[. polem swqzano E0, a E - polu`. s dobawkoj ot polqrizacii!): D = E0 = E + 4*pi*P D = eps0*E0 = eps0*E + P = (1+4*pi*hi)*E = eps0*(1+hi)*E = eps*E = eps0*eps*E => eps = E0/E eps = E0/E eps = 1+4*pi*hi eps = 1+hi ---- Perehodim k wopr. o B, M i H. Ispolxz.: https://ru.wikipedia.org/wiki/Намагниченность , https://ru.wikipedia.org/wiki/Уравнения_Максвелла . Magn. dip. moment petli s tokom: dlq malogo kolxca s plo]adx; 'a' (Parsell, s.355): A = I*a/(c*r^2) * sin(theta); (Wmesto parall. wywoda zada@m opr.: prirawn. k mm_=Ene_/B_, mm=Ene/B; l_/l=100 etc.; A = vec(m) x vec(r^) / r^2 mm_ = I_*l_**2/c_ -> mm = I*l**2). => vec(m) == (I/c)*vec(a) mm = I*S Wra]. mom. N = m x B; sr. dlq \l. dip.: N = p x E. min E - pri m parall. B; delta E = 2*m*B. Fx=m*grad Bx i analog. po y i z. Parsell, S.373: M == vec(m)*N/V Kak w SGSE (magn. dip. mom. ed-cy ob'@ma). Parsell, s.375: Analog. tomu, kak dlq odnor. \l. polqrizacii razbiwali na stolbiki, a stolbiki - na "tabletki", dlq magn. - polezno rabitx na sloi, sloi - na "plitki", smyk. bez zazorow, w kavdoj plitke dip. mom. opisatx tokom po perimetru: m = (I/c)*da = M*da*dz => I = M*c*dz ; A w SI - m = I*da -> I = M*dz; togda w kavdom sloe toki wnutri kompensir., i osta@tsq tok po perimetru. ~toby ponqtx smysl hi_m i mu, po analogii s rassm-niem pri razbore E, P i D plastiny rassmotrim odnorodno namagn. stervenx s M parall. ego osi. -> tok po perimetru, = M*c*dz. Rassm. kontur: /-----\ | | xx|xxxxx|xx --> z | | \-----/ xxxxxxxxxxx ; I wnutri kontura = M*c*dz; Int B dl = B*dz (t.k. snaruvi B->0), i on ve = 4*pi/c * M*c*dz => B = 4*pi*M . A w SI: Int B dl = mu0*I = mu0*M*dz => B = mu0*M . |l. dipolx w \l. pole: ------- + E>0, p>0. Wnutri dipolxnoj pary zarqdow E umenx[eno, - hotq uweli`no w oblastqh wblizi pol;sow. +++++++ Magn. dipolx w magn. pole: o o + + Wne[nee pole umenxpeno w obl. po \kwatoru snaruvi ot dipolxnogo kolxca, no wnutri ono uweli`eno! T.e. znak - '+': B = +4*pi*M . B = B0 + 4*pi*M B = B0 + mu0*M => B0 = B - 4*pi*M B0 = B - mu0*M Obozn.: H == B - 4*pi*M H == B/mu0 - M <=> B = mu0*(H+M) => => H = B0 H = B0/mu0 Smysl wwedeniq H: rot B = (4*pi/c)*J rot B = mu0*J J = J_swob + J_swqz Parsell, s.377-383: (Wykladki ne prodelany - rot M = J_swqz/c ber@m gotow. rezulxtat !!!) rot H = (4*pi/c)*J - 4*pi*J_swqz/c = (4*pi/c)*J_swob . Int H dl = 1/c * J_swob Int H dl = I_swob div B =0, no div H na koncah namagn. cil-dra !=0 ! Wwod hi_m i mu (napomin., `to so wne[. polem swqzano B0, a B - polu`. s dobawkoj ot polqrizacii!): H = B0 = B - 4*pi*M Parsell, s.374: movno bylo by opr. M = hi_m*B ; realxno opr. `erez H: M = hi_m*H . Togda s SGSE logi`no wzqtx f-ly dlq D = E + 4*pi*P i zamenitx hi na hi_m i eps na mu: M = hi_m*H M = hi_m*H B = H + 4*pi*M B = mu0*(H+M) = (1+4*pi*hi_m)*H = mu0*(1+hi_m)*H = mu*H = mu0*mu*H => mu = B/H mu = B/mu0/H mu = 1+4*pi*hi_m mu = 1+hi_m Dlq srawneniq dubliruem formuly dlq E,P,D: D = E0 = E + 4*pi*P D = eps0*E0 = eps0*E + P = (1+4*pi*hi)*E = eps0*(1+hi)*E = eps*E = eps0*eps*E => eps = E0/E eps = E0/E eps = 1+4*pi*hi eps = 1+hi Zame`,: dlq kond-ra my kontrolir. ne E0=D, a E, a dlw \lektromagnita - ne B, a imenno B0=H. A popytka ispolxz. M = hi_m_*B -> pri pereh. hi_m_ `erez 1/(4*pi), oby`noe mu budet pereh. `erez besk-stx, t.e. budet intuitiwno neo`ewidnym. ---- Parsell, s.429: dany f-ly dlq kw.-meh. u`@ta wklada w p i L ot A. Iz razm-sti predp., `to w SI prosto ujd@t 'c'; prowodim perewod formuly s l_/l = 100 sm/m etc. -> tak i estx. p = m*v + (q/c)*A p = m*v + q*A L = r x (m*v + (q/c)*A) L = r x (m*v + q*A) ---- Fejnman 6, 29: E = -dA/dt; pro wybor znaka sm. w zapisi ot 2019,5,29, a zdesx rassm. wywod bez u`@ta znaka, i znak wpis. tk. w okon`at. wyr.: B = rot A int B ds = Int A dl => SGSE SI EDS = 1/c*d(B*S)/dt EDS = d(B*S)/dt = 1/c d(Int B ds)/dt = 1/c d(Int A dl)/dt; d EDS = 1/c dA/dt dl => d EDS/dl = E = -1/c*dA/dt . E = -dA/dt Dopoln. ot 2019,8,31: sm. tv. zapisx ot 2019,8,30 - tam ispolxz. prog. perewoda formul mevdu SI i SGS| (sm. 190815_smy, smy_6c.py i test6c.py), i s e@ pomo]x; osu[. perew. iz SI w SGS| ur. Maksw., wyr. dlq pl-sti \nerg. polq i wekt. Pohntinga etc. ---------------------------------------------------- 2019,8,30 (pt). Izbrann. f-ly - testir. SI <-> SGSE. SI SGS| rho_pol = -div P -//- j_pol = dP/dt -//- j_mag = rot M j_mag = c*rot M j = sigma*E -//- D == eps0*E + P D = E + 4*pi*P H == eps0*c^2*B - M == (1/mu0)*B - M H = B - 4*pi*M rot E = -dB/dt rot E = -1/c dB/dt rot H = j_swob + dD/dt rot H = (4*pi/c)*j + 1/c*dD/dt div D = rho_swob div D = 4*pi*rho div B = 0 -//- Nabla^2 A - 1/c^2 d2A/dt^2 = -j/(eps0*c^2) Nabla^2 A - 1/c^2 d2A/dt^2 = -4*pi/c*j Nabla^2 fi - 1/c^2 d2fi/dt^2 = -rho/eps0 Nabla^2 fi - 1/c^2 d2fi/dt^2 = -4*pi*rho u = eps0/2*E^2 + eps0*c^2/2*B^2, (E^2+B^2)/(8*pi) S_Point = eps0*c^2 * ExB c/(4*pi)*ExB Ene/t = S_Point*S -//- (Konec formul dlq testirowaniq). Polu`.: rot E_ = -1/c dB/dt rot H_ = (4*pi/c_)*j_ + 1/c_*dD_/dt_ div D_ = 4*pi*rho_el_ div B_ = 0 A u Parsella: rot E = -1/c dB/dt <- sowp. rot B = 1/c dD/dt + 4*pi/c*J <- wmesto H u Parsella - B. div D = 4*pi*rho <- sowp. div B = 0 <- sowp. Smotrim: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уравнения_Максвелла -> da, tak i estx, rot B nado zamenitx na rot H. Dlq wekt. Pojntinga: S_Point = eps0*c^2 * ExB -> S_Po_ = B_*E_*c_/(4*pi) Smotrim https://ru.wikipedia.org/wiki/Вектор_Пойнтинга -> dlq SGSE - H wm. B -> sowp., w SI - ExH; H == B/mu0; eps0*mu0=1/c^2 => 1/mu0 = eps0*c^2 -> sowp. A dlq wyr. s Nabla^2 polu`.: Nabla^2 A_ - 1/c_**2 d2A_/dt_2 = -4*pi*j_/c_ Nabla^2 fi_ - 1/c_**2 d2fi_/dt_2 = -4*pi*rho_el_ Prawdopodobno. ---------------------------------------------------------------- 2019,10,13 (ws). (Otrywok iz polnoj zapisi + dopolneniq). В программе smy_6c.py находятся коэффициенты пересчёта величин между системами СГСЭ и СИ; в простых случаях, используя эти коэффициенты, преобразование формул можно осуществить вручную. Ниже - пример: преобразование формулы для связи B, M и H в продольно намагниченном стержне из СГСЭ в СИ. W stervne: H == B - 4*pi*M H == B/mu0 - M => B = H + 4*pi*M B = mu0*(H+M) W ots. H: B = 4*pi*M B = mu0*M I M, i B - w Gs M - kak H - w A/m, B - w Tl. Prowerka: B_ = 1e4*B ; B_ в гауссах = 1e4 * B в теслах m_ma_ = 1e3*m_ma ; магн. мом. в эрг/Гс и Дж/Тл M_ma_ = 1e-3*M_ma ; магн. мом. единицы объёма в эрг/Гс/см3 и Дж/Тл/м3 H_ = 4*pi*1e-3 * H ; поле H в эрстедах и в А/м Берём ф-лу для связи полей и намагниченности в стержне в СГСЭ и подставляем вместо величин в СГСЭ правые части вышеприведенных равенств: B_ = H_ + 4*pi*M_ 1e4*B = 4*pi*1e-3*H + 4*pi*1e-3*M B = 4*pi*1e-7*(H + М) = mu0*(H+M). Получилась правильная формула в СИ. ----------------------------------------------------------------