Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

--- specification [2020/09/28 05:56]
root [Об основных системах единиц]
+++ specification [2025/07/01 11:58] (текущий)
@@ Строка 1: / Строка 1: @@
-===== Правила выполнения лабораторных и курсовых работ в лабораторных практикумах "Электричество н магнетизм" и "Физическая оптика" =====
+===== Правила выполнения лабораторных и курсовых работ в лабораторном практикуме "Электричество и магнетизм" =====
-Установить на 2018--2019 учебный год следующий регламент обучения студентов в "Межфакультетской лаборатории электричества и магнетизма" и в "Межфакультетской лаборатории физической оптики”.
+/* Установить на 2018--2019 учебный год следующий регламент обучения студентов в "Межфакультетской лаборатории электричества и магнетизма" и в "Межфакультетской лаборатории физической оптики”. */
-Студенты 2--го курса Физического факультета в рамках электромагнитного практикума (Межфакультетская лаборатория электричества и магнетизма) и в рамках практикума по физической оптике (Межфакультетская лаборатория физической оптики) должны.
+Студенты 2--го курса Физического факультета в рамках электромагнитного практикума (Межфакультетская лаборатория электричества и магнетизма) должны:
-  - По каждому практикуму выполнить и сдать преподавателю указанное ниже количество лабораторных работ.
+  - Выполнить и сдать преподавателю указанное ниже количество лабораторных работ.
   - Выполнить и защитить курсовую работу.
-==== Правила получения зачета за практикум ====
+==== Правила получения зачета в лабораторном практикуме ====
 По результатам выполнения студентом учебной программы в ведомость и зачетную книжку
 выставляется итоговая оценка (дифференцированный зачет).
-Итоговая оценка за практикум выставляется исходя из следующих правил:
+Обязательное посещение и активная работа на занятиях.
-  * оценка «отлично» выставляется, если выполнено не менее 8 лабораторных работ с суммарным баллом не ниже 36 (если на дни занятия группы приходится 2 и более праздничных дня, количество работ может быть уменьшено до 7, с суммарным баллом не менее 32);
-  * оценка «хорошо» выставляется, если выполнено не менее 7 лабораторных работ с суммарным баллом не ниже 29;
-  * оценка «удовлетворительно» выставляется, если выполнено не менее 6 лабораторных работ с суммарным баллом не ниже 23.
+--ая контрольная неделя (7--ая неделя семестра): Выполнено и сдано не менее 3--х лабораторных работ. Составлен и утвержден план курсовой работы.
-Выполнение лабораторных работ требует реальной практической работы студентов на установках. В этой связи:
+--ая контрольная неделя (12--ая неделя семестра): Выполнено и сдано не менее 6--ти лабораторных работ. Проведены экспериментальные исследования в рамках выполнения курсовой работы.
-  * студенту, пропустившему без уважительной причины 4 и более занятий, максимально возможная оценка снижается до 4-х (хорошо);
-  * студенту, пропустившему без уважительной причины 8 и более занятий, максимально возможная оценка снижается до 3-х (удовлетворительно);
-  * студент, пропустивший без уважительной причины 10 и более занятий, аттестации не подлежит.
+--ая неделя семестра: Выполнено и сдано не менее 9--ти лабораторных работ. Оформлена курсовая работа.
-Если студент ходит на занятия, но не делает и не сдает работы, преподаватель может расценить это как пропуск занятий без уважительной причины.
+До начала выполнения лабораторной работы студент формулирует суть проводимого эксперимента и обозначает основные методы, применяемые в данной работе, а также отвечает на два--три вопроса по исследуемому явлению, поставленных преподавателем.
-При этом оценка не может быть выше среднеарифметического значения (с округлением по 0.5) оценок по всем работам. Например, студент выполнил 9 работ со среднеарифметической оценкой 3,4. Суммарный бал при этом будет 30,6. И хотя общий бал выше необходимого для получения оценки "хорошо", итоговая оценка будет только "удовлетворительно".
-Преподаватель не вправе давать новую лабораторную работу, если у студента имеется две несданные работы.
+Под наблюдением преподавателя обучающийся осуществляет самостоятельное выполнение заданий, представленных в описании лабораторной работы. После выполнения стандартных заданий преподаватель предлагает студенту изменить ход измерений с целью получения навыков использования альтернативных подходов и дополнительной информации о физических явлениях, а также ответить на контрольные вопросы по результатам выполнения лабораторной работы. Лабораторные работы сдаются по мере их выполнения с обязательным оформлением экспериментальных результатов по выполненной работе в виде отчета.
-Выполнение лабораторных работ студентом вне расписания занятий его группы возможно только после получения согласия преподавателей.
+Примечание. Выполнение и оформление курсовой работы должно соответствовать Положению о порядке выполнения курсовых работ, принятом на заседании учёного совета физического факультета 19.11.2015г.
-Студент, пропустивший 2 и более занятия, должен получить в деканате допуск для продолжения работы.
+Итоги промежуточной аттестации (дифференцированный зачет) оцениваются по пятибалльной шкале:
-Последние три занятия предпочтение отдается сдаче курсовых работ.
+Лабораторные работы:
-===== Об основных системах единиц =====
+«**отлично**» - выполнено и сдано не менее 9-ти лабораторных работ в течение семестра, с общим баллом не менее 41;
-Несколько слов об основных системах единиц (стандартах). Основные единицы, такие как масса, длина и время в разных системах отсчёта, если и отличаются, то легко переводятся друг в друга --- граммы в килограммы, а сантиметры в метры. Что взять за основу --- это вопрос удобства, принципиальных отличий нет.
+«**хорошо**» - выполнено и сдано не менее 8 лабораторных работ в течение семестра, с общим баллом не менее 31;
-Заметим \cite{sivuchin}, что <<... в механике, в учении о тепловых явлениях и во всех разделах физики, не связанных с учением об электричестве, обе системы --- СГС и СИ, принципиально равноправны.
-Не так обстоит дело в учении об электричестве. Включение в СГС электрических явлений
-производится посредством закона Кулона. Магнитные единицы вводятся
-исходя из требования, чтобы напряженности электрического и магнитного
-полей оказались одинаковой размерности. В результате в системе единиц
-появляется коэффициент, называемый электродинамической постоянной,
-имеющий размерность скорости. Этот коэффициент имеет ясный физический смысл и представляет собой скорость распространения света в вакууме $c.$
-В систему СИ введена четвертая, чисто электрическая, независимая величина: сила электрического тока. В качестве единицы для силы тока выбран ампер, чисто случайно...>>  Например, первоначально была введена единица тока ---  «Международный» ампер, определявшееся  количеством серебра, отлагающегося за единицу времени при электролизе в стандартном растворе солей серебра. Затем в СИ ток стал определяться через силу взаимодействия. Единицей тока в 1 Ампер является такой ток, при прохождении которого по двум бесконечно длинным параллельным прямолинейным проводникам, имеющим пренебрежимо малое поперечное сечение и расположенным на расстоянии 1 метр в вакууме, приводит к взаимодействию проводников с силой, равной $2\cdot 10^{-7}$ ньютон/метр на единицу длины.
+«**удовлетворительно**» - выполнено и сдано не менее 7 лабораторных работ в течение семестра;
-Раз мы ввели в качестве независимой единицы силу тока, то через непрерывность тока
+«**неудовлетворительно**» - выполнено и сдано менее 7 лабораторных работ в течение семестра.
-$$
-\text{div } \vec j=-\frac{\partial \rho}{\partial t}
-$$
-ввели и заряд $q=\int \rho \ dV$, и можем говорить, что ток $I=\frac{dq}{dt}.$
-Через закон Кулона и закон Ампера заряды и токи связаны с силой:
-$$
-\vec F=k_1\frac{q_1q_2\vec r}{r^3},
-$$
-$$
-d\vec F=k_2\frac{I_1I_2[d\vec \ell _2\times [d\vec \ell_1\times \vec r]]}{r^3}.
-$$
-Коэффициенты $k_1$ и $k_2$ связаны так, что с хорошей точностью
-$$
-\frac{k_1}{k_2}=c^2,
-$$
-где $c$ --- скорость света в вакууме.
-Введённые по отдельности электрические и магнитные поля:
+===== О системах единиц и обработке результатов измерений =====
-$$
-\vec E=k_1\frac{q\vec r}{r^3},
-$$
-$$
-d\vec B=k_3\frac{I[d\vec \ell_1\times \vec r]}{r^3}
-$$
-через уравнение Максвелла
-$$
-\text{rot}\, \vec E=-k_4 \frac{\partial \vec B}{\partial t}
-$$
-оказываются связанными между собой.
-Кроме того электрические и магнитные поля в среде и в вакууме связаны соотношениями:
+[[si-sgs|Несколько слов об основных системах единиц (стандартах СИ и СГС)]]. Это важный вопрос, так как в теории часто рассматриваются расчёты в СГС, а вот на практике измерения проводятся в СИ. По этой причине важно переводить полученные в теории СГС--формулы в СИ, либо полученные на опыте результаты измерений в СИ переводить в значения в СГС.
-$$
-\vec D = \varepsilon _0\vec E+\lambda \vec P,
-$$
-$$
-\vec H=\frac{1}{\mu _0}\vec B-\lambda ' \vec M,
-$$
-где $\varepsilon _0, \mu _0, \lambda , \lambda '$ --- некоторые константы, причём в зависимости от выбора они могут быть как размерными, так и безразмерными. В Гауссовой системе единиц $\varepsilon _0, \mu _0$ --- безразмерные, а в СИ размерные. Можно заметить  \cite{sivuchin}, что <<...введение размерных постоянных $\varepsilon _0$
-и $\mu _0$ вынуждает различать уже в вакууме напряженности электрического и магнитного полей $\vec E$ и $\vec H$ и индукции $\vec D$ и $\vec B,$ связанные между собой соотношениями $\vec D = \varepsilon _0 \vec E,$ $B
-= \mu _0 \vec H.$ Это противоестественно. Со времени электронной теории Лоренца твердо установлено, что для характеристики электромагнитного поля в вакууме достаточно одного вектора $\vec E$ и одного вектора $\vec H.$ Раздвоение электрического поля в вакууме на $\vec E$ и $\vec D,$ а магнитного на $\vec B$ и $\vec H$ является
-искусственным и ненужным усложнением. Оно возникло в XIX веке в упругой теории эфира, когда считалось, что между эфиром (вакуумом) и обычными материальными средами нет никакой принципиальной разницы. Но такое представление потеряло всякий смысл после того, как было установлено, что никакого механического эфира не существует.
-Однако именно на этом отжившем представлении в начале нашего века была построена электротехническая система единиц Джорджи, положенная в наше время в основу системы СИ. Величины $\varepsilon _0$
-и $\mu _0$
-в системе Джорджи (а также первоначально и в системе СИ) так и назывались диэлектрической и магнитной проницаемостями вакуума. В дальнейшем они были
-переименованы в «электрическую и магнитную постоянные». Но от изменения названия существо дела не меняется. Величины $\varepsilon _0$
-и $\mu _0$
-остались
-по-прежнему инородными телами в учении об электричестве и во всей
-физике. Их введение создает одни только трудности в устном и письменном
-преподавании, поскольку оно может дать и действительно дает повод для
-введения неправильных представлений о сущности электрического и магнитного полей.
-В материальных средах в системе СИ вводится ненужное раздвоение
+[[обработка_результатов| Обработка результатов измерений.]] Все измерения на практике получаются с некоторой ошибкой, необходимо понимать с какой именно и после этого представлять результаты именно с той точностью с которой произведены измерения.
-диэлектрической и магнитной проницаемостей на относительные $\varepsilon $
-и $\mu $
-и абсолютные $\varepsilon _{\text{абс}}$
-и $\mu _{\text{абс}}.$ Последние являются лишними понятиями.
-В системе СИ размерности всех векторов $\vec E, \vec D, \vec B, \vec H$ разные. Между тем, как это ясно из изложенного выше, уже в дорелятивистской электродинамике ко всякой физически рациональной системе единиц необходимо предъявлять требование, чтобы в ней векторы $\vec E$ и $\vec D$ имели одинаковую размерность. Размерности векторов $\vec B$ и $\vec H$ также должны быть одинаковы. Теория относительности усилила это требование. Она показала, что деление электромагнитного поля на электрическое и магнитное относительно, т.е. зависит от выбора системы отсчета. Оказалось, что векторы $\vec E$ и $\vec B$ объединяются в один антисимметричный тензор четвертого ранга, а векторы $\vec D$ и $\vec H$ --- в другой. Поскольку компоненты одного и того же тензора должны иметь одинаковые размерности, после этого стало почти абсолютной необходимостью, чтобы имели одинаковые размерности все четыре вектора $\vec E, \vec D, \vec B$ и $\vec H.$ Этому требованию система СИ не удовлетворяет. В ней надо вводить размерные множители для уравнивания размерностей компонент обоих тензоров. Напротив, гауссова система СГС ему удовлетворяет, хотя она и была создана задолго до теории относительности, когда указанное требование еще не было столь обязательным. В этом отношении система СИ не более логична, чем, скажем, система, в которой длина, ширина и высота предмета измеряются не только различными единицами, но и имеют разные размерности...>>
-Далее, при записи формул, будем пользоваться Гауссовой системой единиц, но всегда, при необходимости, можем перейти к записи этих же формул в систему СИ, воспользовавшись таблицей соответствия
-/*
-  \ref{cgc-ci} (взятую из \cite{Jackson}). */
-^ Величина ^ СГС ^ СИ ^
-| Скорость света | $c$ | $\frac{1}{\sqrt{\varepsilon _0 \mu _0}}$ |
-| Напряженность электрического поля (потенциал, напряжение) | $\vec E$ ($\phi, U$) | $\sqrt{4\pi \varepsilon_0} \ \cdot$ $\vec E$ ($\phi, U$) |
-| Электрическая индукция | $\vec D$ | $\sqrt{\frac{4\pi}{\varepsilon_0}} \ \cdot$ $\vec D$ |
-| Плотность заряда (заряд, плотность тока, ток,	поляризация) | $ \rho \ (q,\vec j, I, \vec P )$ | $\frac{1}{\sqrt{4\pi \varepsilon_0}} \cdot \rho \ (q,\vec j, I, \vec P )$ |
-| Магнитная индукция | $\vec B$ | $\sqrt{\frac{4\pi}{\mu_0}} \ \cdot \vec B$ |
-| Напряженность магнитного поля | $\vec H$ | $\sqrt{4\pi \mu_0} \ \cdot \vec H$ |
-| Намагниченность | $\vec M$ | $\sqrt{\frac{\mu_0}{4\pi}} \ \cdot  \vec M$ |
-| Проводимость | $\sigma $ | $\frac{\sigma}{4\pi \varepsilon_0} $ |
-| Диэлектрическая проницаемость | $\varepsilon$ | $\frac{\varepsilon}{\varepsilon_0}$ |
-| Магнитная проницаемость | $\mu $ | $\frac{\mu}{\mu _0}$|
-| Сопротивление (импеданс) | $R \ (Z)$ | $4\pi \varepsilon_0 \ \cdot R \ (Z)$ |
-| Индуктивность | $L$ | $4\pi \varepsilon_0 \ \cdot  L$ |
-| Емкость | $C$ | $\frac{1}{4\pi \varepsilon_0} \ \cdot  C$ |
-**Таблица перевода выражений и формул из СГС в СИ**
-Чтобы с помощью этой таблицы преобразовать любое уравнение, записанное в гауссовой системе единиц, в уравнение в системе СИ, следует в обеих частях уравнения заменить символы, перечисленные в столбце СГС, на соответствующие символы системы СИ, помещенные в правом столбце. Допустимо и обратное преобразование. Так как длина и время не изменяются при переходе к другой системе, величины, размерности которых отличаются лишь степенями длины и времени, по возможности сгруппированы вместе. Давайте проделаем это например для уравнения Максвелла:
-$$
-\text{rot}\vec H= \frac{4\pi}c \vec j+\frac 1c \frac{\partial \vec D}{\partial t}.
-$$
-Для этого в левой части произведём замену в соответствии с таблицей перевода выражений и формул из СГС в СИ напряжённости магнитного поля с $\vec H$ на $\sqrt{4\pi \mu_0} \ \cdot \vec H$, а в правой --- плотность тока с $\vec j$ на
-$\frac{1}{\sqrt{4\pi \varepsilon_0}} \ \cdot \vec j$, скорость света $c$ на $\frac{1}{\sqrt{\varepsilon _0 \mu _0}}$ и электрическую индукцию с $\vec D$ на $\sqrt{\frac{4\pi}{\varepsilon_0}} \ \cdot \vec D$ так, что придём к записи:
-$$
-\sqrt{4\pi \mu_0} \ \cdot \text{rot}\vec H=
-\pi\cdot \sqrt{\varepsilon _0 \mu _0} \cdot \frac{1}{\sqrt{4\pi \varepsilon_0}} \ \cdot \vec j+
-\sqrt{\varepsilon _0 \mu _0} \cdot \sqrt{\frac{4\pi}{\varepsilon_0}} \ \cdot \frac{\partial \vec D}{\partial t},
-$$
-которую, после сокращения, приведём к обычному виду в СИ:
-$$
-\text{rot}\vec H=
-\vec j+ \frac{\partial \vec D}{\partial t}.
-$$
-Приведём так же таблицу перевода единиц, позволяющую перевести численное значение любой физической величины из системы единиц СИ в СГС и обратно. Таблица  составлена так, что по известному значению рассматриваемой физической величины, выраженной в единицах СИ или СГС, можно определить её значение в единицах другой системы. Значения, приводимые в каждой строке, представляют одно и то же количество, выраженное в различных системах единиц. Встречающийся множитель 3 (кроме входящих в показатели степени) связан со скоростью света и для повышения точности при уточнённых расчетах следует  заменить на $2,997930 \pm 0,000003$ в соответствии с точным значением скорости света. Так, например, в строке «электрическая индукция» точное значение приведенной величины $12\pi \cdot 10^5$ в действительности равно $2,99793 \cdot 4\pi \cdot 10^5.$ В тех случаях, когда существует общепринятое наименование единиц, оно приведено в таблице. В остальных случаях говорят просто о числе единиц СИ или СГС.
-^ Физическая величина (наименование) ^ Обозначение ^ Система СИ ^ Гауссова система ^
-| Длина | $\ell$ | $1$ метр (м) | $10^2$ см |
-| Масса | $m$ | $1$ килограмм (кг) | $10^3$ г |
-| Время | $t$ | $1$  секунда (с) | $1$ с |
-| Сила | $F$ | $1$  ньютон (Н) | $10^5$ дин |
-| Работа / Энергия | $A, W$ | $1$ джоуль (Дж) | $10^7$ эрг |
-| Мощность | $P$ | $1$  ватт (Вт) | $10^7$ эрг $\cdot $ с$^{-1}$ |
-| Давление | $p$ | $1$  паскаль (Па) | $10$ дин $\cdot $ см$^{-2}$ |
-| Заряд | $q$ | $1$ кулон (Кл) | $3\cdot 10^9$ статКл |
-| Плотность заряда | $\rho $ | $1$   Кл $\cdot $ м$^{-3}$ | $3\cdot 10^3$ статКл  $\cdot $ см$^{-3}$ |
-| Ток | $I$ | $1$  ампер (А) | $3\cdot 10^9$ статА |
-| Плотность тока | $\vec j$ | $1$ А  $\cdot $ м$^{-2}$ | $3\cdot 10^3$ статА  $\cdot $ cм$^{-2}$ |
-| Напряжённость электрического поля | $\vec E$ | $1$ В $\cdot $ м$^{-1}$ | $\frac 13 \cdot 10^{-4}$ ед. СГС|
-| Потенциал | $\varphi , U$ | $1 $ вольт (В) | $\frac{1}{300}$ статВольт |
-| Диэлектрическая поляризация | $\vec P$ | $1$ Кл $ \cdot $ м$^{-2}$ | $3\cdot 10^5$ статКл $\cdot $ см$^{-2}$ |
-| Электрическаяиндукция | $\vec D$ | $1$ кл $\cdot $ м$^{-2}$ | $12\pi \cdot 10^5$ статКл $\cdot $ см$^{-2}$ |
-| Проводимость | $\sigma $ | $1$ Ом$^{-1}$ $\cdot $ м$^{-1}$ | $9 \cdot 10^9$ с$^{-1}$ |
-| Сопротивление | $R$ | $1$ Ом | $\frac 19 \cdot 10^{-11}$ с $\cdot $ см$^{-1}$ |
-| Удельное электрическое сопротивление | $\rho$ | $1$ Ом $\cdot $ м | $\frac 19 \cdot 10^{-9}$ с |
-| Проводимость | $\sigma = R^{-1}$ | $1$ сименс (См) | $9 \cdot 10^{11}$ см $\cdot $ с$^{-1}$ |
-| Удельная электрическая проводимость | $\lambda $ | $1$ См $\cdot $ м$^{-1}$ | $9 \cdot 10^{9} \cdot $ с$^{-1}$ |
-| Ёмкость | $C$ | $1$ фарада (Ф) | $9\cdot 10 ^{11}$ см |
-| Магнитный поток | $\Phi $ | $1$ вебер (Вб) | $10^8$ максвелл (Мкс) |
-| Магнитная индукция | $\vec B$ | $1$ тесла (Тл) | $10^4$ гаусс (Гс) |
-| Напряжённость магнитного поля | $\vec H$ | $1$ А $\cdot $ м$^{-1}$ | $4\pi \cdot 10^{-3}$ эрстед (Э) |
-| Намагниченность | $\vec M$ | $1$ А $\cdot $ м$^{-1}$ | $\frac{1}{4\pi } \cdot 10^4$ Гс |
-| Индуктивность | $L$ | $1$ генри (Гн) | $10^{9}$ см |
-**Таблица перевода численных значений физических величин из СИ в СГС.**
 ===== Лабораторные работы по электричеству и магнетизму =====
@@ Строка 198: / Строка 64: @@
 Лабораторная работа 2.2. Закон трех вторых
-Лабораторная работа 2.3. Определение температуры электронного газа и контактной разности потенциалов в вакуумном диоде
+<del>Лабораторная работа 2.3. Определение температуры электронного газа и контактной разности потенциалов в вакуумном диоде</del>
 Лабораторная работа 2.4. Определение заряда электрона по дробовому шуму