高斯单位制与国际单位制

每种单位制都会选取一组相互独立的物理量的单位作为基本单位,其他物理量的单位由这些基本单位导出

一、国际单位制(MKSA)

国际单位制在如今应用最为广泛,也是我们学习时普遍掌握最深的,力学系统中其基本单位为

在电磁系统中还要加入

除此之外还有

1.一些单位的导出

  • 力:牛顿()
    根据,即使的物体的加速度为的力的大小为。
  • 压强:帕()
    根据,即使上所受合力为的压强为

二、高斯单位制

静电单位制(CGSE或e.s.u)和电磁单位制(CGSM或e.m.u)组成,其中电学量用静电单位制,磁学量用电磁单位制
力学系统中两者的基本单位均为

1.静电单位制(CGSE)

在电磁系统中,静电单位制由库伦定律导出电量单位

即在相距1cm时之间的作用力为1达因()的为单位电荷(也可写为)

1.1单位转化

当在任意一个单位制下为基本单位时,如果要将高斯单位制中的单位电荷
转换为国际单位制,则根据单位电荷的定义——相距1cm,作用力为1达因的电荷,算得对应的电荷量
\begin{aligned} 1statC&=\sqrt{4\pi\epsilon_0 Fr^2}=\sqrt{4\pi \frac{1}{c^2\mu_0}1g\cdot cm\cdot s^{-2}\cdot1cm^{2}} \\ &=\sqrt{4\pi \frac{1}{c^2 4\pi\times10^{-7}}1\times 10^{-5}\cdot1\times 10^{-4}}C={1\over 10c}C \end{aligned}

导出单位的转化则简单很多,如

  1. 能量
  2. 电量
  3. 磁感应强度

    这里的为高斯单位制下的值,约为

1.2物理常数的转化

如真空介电常数
高斯单位制中真空介电常数为(下面的仅表示国际单位制中光速大小)

是一个无量纲常数
高斯单位制下真空磁导率为

这里的是在高斯单位制下的数值

1.3不同单位制下公式转化

假设已经知道国际单位制下个物理量的关系,例如间的关系

且国际单位制下大小为

而高斯单位制下的物理量与国际单位制下的转化为

把这些代入,得

整理,得

2.电磁单位制(CGSM)

在电磁系统中,电磁单位制加可由安培力定律导出电量单位

即两根无限长平行细导线间相距1cm时,使单位长度(1cm)上的作用力为2达因()的为单位电流(,也可写为)

1.1单位转化

当在任意一个单位制下为基本单位时,如电流
在国际单位制中的表达为


导出单位的转化,如

  1. 磁感应强度
  2. 磁场强度
    利用真空中,得到

    所以高斯单位制中单位磁场在国际单位制中对应的磁场大小为

个人理解:高斯单位制中的磁场经过重新定义,因为直接按单位转化的话其应该与磁场强度的转换系数一致,应为,新的磁场强度定义为原来的倍,使得磁场强度和磁感应强度在数值上相等

  1. 磁化强度

  2. 磁矩

1.2物理常数的转化

如真空磁导率
高斯单位制中真空磁导率为(下面的仅表示国际单位制中光速大小)

是一个无量纲常数
高斯单位制下真空介电常数为

这里的是在高斯单位制下的数值

三、国际单位制与高斯单位制下的常见公式形式与物理量单位

1.常见物理量

2.麦克斯韦方程组

3.其他基本定律

4.介电质

5.电势、磁矢势

参考资料

  1. 高斯单位制-维基百科
  2. 厘米-克-秒制-维基百科

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