Ампер и кулон

[ihanapov]

Вот интересно, почему кулон, а не ампер, производная единица, которая выводится из $I=\frac{\partial q}{\partial t}$.
Почему сила тока более первична, чем заряд?

[Pphantom]

Первый банальный ответ - потому что так договорились. А для менее банального стоит вспомнить, когда была придумана СИ (вернее, ее "электрическая" часть) и какими в тот момент были основные цели и задачи физики.

Это конец XIX века. Электрон еще не открыт, более того, даже гипотеза о существовании элементарного неделимого заряда только что высказана и является не более чем смелой гипотезой. Какие-либо объекты, обладающие фиксированным зарядом, к которому можно привязать единицу измерения, неизвестны (более того, неизвестно, есть ли они вообще в природе). Достаточно точных методов измерения заряда нет.

С другой стороны, бурно развивается электротехника. Сила тока является достаточно удобной характеристикой, которую сравнительно легко измерить, разнообразные варианты гальванометров, в том числе и весьма точные, уже имеются.

Отсюда и результат. Система единиц просто была ориентирована на имеющиеся тогда знания, возможности и потребности.

[Munin]

В общем, чисто техническое решение. Не стоит искать за ним каких-то фундаментальных истин об устройстве природы.

[Kephe]

На оф. сайте международного бюро бюро мер и весов давно висит объявление о грядущем переопределении фундаментальных констант: http://www.bipm.org/en/measurement-units/new-si/

В частности, элементарный заряд собираются определить как базовую константу (точное число). Следствием будет переопределение ампера через эту константу вместо исторически сложившегося определения через силу между проводниками. Немного подробней есть на англ. вики: https://en.wikipedia.org/wiki/Proposed_ ... its#Ampere

Если правильно понимаю, ампер продолжит считаться базовой единицей - но только для "обратной совместимости".

[arseniiv]

Кстати, а что могло бы сломаться, возьми мы сейчас и сделай базовой единицей кулон, а базовой размерностью — заряд $\mathrm Q\equiv\mathrm{IT}$? Замены $\mathrm I\mapsto\mathrm{QT}^{-1}$ в размерных выражениях для величин делаются механически и не сказать чтобы использовались прикладниками с такой же частотой как сами единицы, а ничего другого поменяться не должно.

[Munin]

Kephe в сообщении #1156652 писал(а):

На оф. сайте международного бюро бюро мер и весов давно висит объявление о грядущем переопределении фундаментальных констант: http://www.bipm.org/en/measurement-units/new-si/

Я предсказываю, что оно там ещё долго висеть будет :-)

[Евгений Машеров]

(Оффтоп)

Потому, что кулон это украшение. А электротехники - мужчины суровые и украшений не любят.

Потому, что в XIX веке измерять магнитоэлектрическим (электромагнитным, электродинамическим...) способом ток было проще, чем заряд.

[Евгений Машеров]

Система СИ в девичестве "Практическая система единиц". А практикам возможность измерения важнее, чем изящество рассуждений. Измерять ток электромагнитным действием стало возможно если не с 1820 года, открытие закона Ампера, то с 1825, когда Ампер, и 1833, когда Гаусс сформулировали в современном (ну, близком) виде. При этом сила возникает практически мгновенно, на установление стрелки много времени не уходит, в отличие от прямого измерения заряда. Оно возможно, например, при использовании электрохимического действия. Так были устроены электрические счётчики Эдисона. Но постоянная Фарадея $F=96485.33289(59)$ Кл/моль, то есть измерить так небольшой протёкший заряд крайне затруднительно (у Эдисона раз в месяц взвешивали медные пластинки в ячейке, а оперативно так вообще не измеришь).
А в системах единиц, ориентированных не на практику, а на науку, первичен может быть именно заряд (Франклин в СГСЭ и гауссовой системе), но ток Фр/с это примерно 334 пикоампер, и не слишком удобно для практики.

[Munin]

Евгений Машеров
Расскажите про методы измерения заряда и тока сейчас, в начале 21 века.

[Евгений Машеров]

Не, я не буду судить выше сапога, ограничившись объяснением, по каким историческим причинам ампер более применим, чем кулон. Подожду, авось придёт эксперт по специальным вопросам метрологии...

[arseniiv]

Можно оффтопный вопрос про СИ? По какой причине основные физические величины и их единицы должны быть в «максимально биективном» (всё портят безразмерные угловые величины) соответствии с основными размерностями, и какую вообще функцию выполняют размерности в СИ, буде в ней основные единицы есть и через них единственным (даже не с точностью до умножения на радианы и стерадианы, несмотря на их безразмерность) способом выразимы значения любой физической величины?

-- Пн окт 03, 2016 17:30:27 --

Тем более что «практики», кажется, вообще не пользуются символами размерностей, выражая их произведением степеней основных единиц.

[Munin]

Евгений Машеров в сообщении #1156859 писал(а):

Не, я не буду судить выше сапога

А у кого тогда спрашивать? Вы один вызвались. Хоть что-то произнесите. Тема-то большая и интересная.

arseniiv
Если б я чётко понимал разницу между размерностями и "основными величинами" (как вы её понимаете), я бы понял вопрос.

[arseniiv]

Ну как-то так: размерности (по крайней мере, как они должны бы пониматься в СИ) — это формальные произведения символов $\mathrm{M,L,T,\ldots}$ (образуют модуль), а величины живут в как минимум векторных пространствах. Существует эпиморфизм $[\cdot]$ из множества (а другой — из объединения, чтобы мы могли говорить как $[\text{расстояние между этажами}] = \mathrm L$, так и $[1\text{ см}] = \mathrm L$) всех пространств физических величин в модуль размерностей, который, к тому же, не обязательно изо, т. е. может давать одинаковые размерности разным величинам и некоторым давать размерность 1. Т. е. в лучшем случае структуры не добавляется, а в общем — ещё и убавляется. Бритва Оккама против, раз каждой физической величине уже соответствует «каноническая» единица её измерения, и мы можем смотреть на неё, не упоминая образмеривающий морфизм.

[wrest]

Проходил я студенческую практику во ВНИИФТРИ и видал там эталоны напряжения и сопротивления (не национальные эталоны, конечно, а просто источники напряжения известной довольно высокой точности, и магазины сопротивлений тоже высокой точности, термокомпенсированные и все такое), а вот эталонов заряда не видал и не слыхал об их существовании.
Соответственно, имея такие эталонные источники напряжения и эталонные сопротивления, и искусно используя закон Ома, можно поверить вольтметр или амперметр постоянного тока, или омметр. А вот как создать, хранить, измерять, поверять и сверять эталон электрического заряда, даже и не представляю.
Эталонный конденсатор заряжать эталонным источником напряжения?
Ну это с практической точки зрения.

[Munin]

Еле-еле разобрался. Попроще бы вы выражались, что ли. Зачем эпиморфизм, когда подразумевается сюръекция?

И что? Что такое "основные величины"? И в чём состоит ваш вопрос?

(Если речь о

arseniiv в сообщении #1156865 писал(а):

основные единицы есть и через них единственным (даже не с точностью до умножения на радианы и стерадианы, несмотря на их безразмерность) способом выразимы значения любой физической величины

то это просто неверно. Площадь, например, может быть выражена через расстояние и как $S=\pi d^2/4,$ и как $S=d^2/2.$)