电磁学的国际单位制的基本物理量
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电磁学的国际单位制的基本物理量
(2009-03-06
21:51:07)
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摘要：我们
知道质量
m
在力学中是基本物理量，但是电量
< br>q
在电磁学中却不是基本物
理量，
电流强度
I
是电磁学的基本物理量，这是为什么呢？另外，<
/p>
力学和电磁学究竟是什么
关系呢？电磁学的各物理量之间的关系又
怎样呢？大家知道我们是首先对电流强度
I
及其
单位安培
A
作出明确的定义，然后其它电磁学量就可根
据电流强度
I
这个基本量而导出。
本文
就是讨论电流强度
I
作为电学基本物理量的原因及其定义，
以及其它电学物理量
（例如：
电量
q
、磁感
B
、磁场强度
H
、磁导率
μ
等）的定义与电流强度
I
定义的关系。
关键词：电量
q
电流强度
I
磁感强度
B
安培定律磁
导率
μ
一、电流强度
I
作为电学基本物理量的原因及其单位安培（
A
）的定义
我们知道：
引力相互作用、
电磁相互作用是自然界中存在的四种基本相互作用中的两种，
也是与我们生产、
生活关系最为密切的两种基本相互作用。
在本文中，
笔者主要讨论电磁相
互作用的基本理论和
概念之间的密切联系，
这种密切联系可以从电磁理论中各物理量的单位
< br>之间的关系中反映出来。当然讨论这个问题，应以牛顿引力理论作为基础理论。
在现代机器工业和电气化时代，
引力相互作用和电磁相互作用的
关系更为密切，
而且在
现代工业中，它们二者的基础理论地位更
是不容置疑的。
显然，
机械与电气的
相互联系是密不可分的，
因为现代机械的应用，
包括其能源的供
给
（属于强电）以及机器的控制（即自动控制可认为属于弱电领域）都离不开电气化。<
/p>
引力基本理论及力学原理是现代工业的最基本的理论，
而电气化更使得现代机器工业如
虎添翼。
电气基
本原理即电磁理论与力学原理这些理论之间也愈显得关系更密切，
彼此更是
相互促进，使这些理论更加丰富和完善。
如果我们
较准确地把握了电磁基本概念、
理论之间的内在密切联系，
对于
我们完整理解
电磁理论、
概念将有极大帮助，
< br>并为学习后续专业课提供深的理论基础。当然，对电磁理论
和概念的内在联系的分
析离不开牛顿引力理论和力学原理。
我们在学习某理论时，<
/p>
由于关于它的概念或原理都是相当复杂的，
因此绝不是记几条原<
/p>
理或几个数学公式就能较好地掌握该理论原理的，
可以发现，
物理学中，
在描述关于某个问
题的规律时，
大多是既有文字叙述，
又有数学表达式描述。文字描述实即定性分析，而数学
表达式描述实即定量分析。
实际这两者都很重要，
定性的文字叙述可帮助我们准确理解某原
理或定律的实质内容；而定量的数学分析则更严
谨。
例如：对安培定律，其文字叙述为：磁场对运动电荷有作
用力，称为洛仑兹力；而若导
线中存在电流（即有运动电荷）
，
则磁场对导线中的运动电荷的洛仑兹力向侧向漂移，
与晶
格上正
离子碰撞将力传给导线，
这样载流导线在磁场中要受到磁力作用，
通常把此力称作安
培力，这就是安培定律。例如：一根长为
L
的直导线，当通过电流
I
时，在均匀磁
场
B
中
受到的安培力为
F
，则它们之间的关系，可用数学表达式（即定量分析）表示为：
F
=
I
L
B
电磁理论定律有很多，
对这么多的定律、
公式，
要更准确地掌握它们，<
/p>
不能靠死记硬背，
不能把这些定律、
公式
割开来理解，
而应知道这些定律、
公式实际都有哪些内在的密切
联系，
较准确了解它们之间的内在联系，对我们理解这些定律、应用这些定律都有很大的
帮助。
为节省篇幅，
后叙将不再对某
个定律的文字内容进行描述，
而主要使用其定量的数学表
达式来
分析一些重要物理量的来龙去脉，
包括某物理量作为国际单位制的基本物理量的原因。<
/p>
在国际单位制中，长度、质量、时间是力学的基本物理量，米、
千克、秒是它们的基本
单位。则根据牛顿第二定律
F
=m
a
可定义：
1
牛顿
=1
千克
·
米
/
秒
2
。
即力学中质量
m
是
基本
物理量，
但在电学中为什么不选择基本电荷量
e
或电量
q
作为基本物理量
，
却选择了电流强
度
I
作为基本物理量呢？我想，
这主要有以下原因：首先是因为在实际应用中电流强
度
I
使
用方便，也较容易理解；二是它
易测量，电流表基本原理是利用
M
=NBS
I
，与电磁力矩
M e
平衡的外力
矩
Mm
可用弹簧产生，其单位安培
A<
/p>
也易定义，这一点可利用法拉第电解定律
来获得
< br>1A
的完整定义；三是因为物体内的带电粒子是微观粒子，这些微观的带电粒子的
数