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  量綱

量綱(dimension)是指物理量的基本屬性。物理學的研究可定量地描述各種物理現象,描述中所採用的各類物理量之間有着密切的關係,即它們之間具有確定的函數關係。為了準確地描述這些關係,物理量可分為基本量和導出量。基本量是具有獨立量綱的物理量,導出量是指其量綱可以表示為基本量量綱組合的物理量;一切導出量均可從基本量中導出,由此建立了整個物理量之間函數關係。這種函數關係通常稱為量制。以給定量制中基本量量綱的冪的乘積表示某量量綱的表達式,稱為量綱式或量綱積。它定性地表達了導出量與基本量的關係,對於基本量而言,其量綱為其自身。在物理學發展的歷史上,先後曾建立過各種不同的量制:CGS量制、靜電量制、高斯量制等。1971年後,國際上普遍採用了國際單位制(簡稱SI),選定了由7個基本量構成的量制,導出量均可用這7個基本量導出。7個基本量的量綱分別用長度L、質量M、時間T、電流強度I、溫度Θ、物質的量n和光強度J表示,則任一個導出量的量綱。

簡介

物理學中,不同的物理量有着不同的單位,然而這些單位之間都有相互的聯繫。實際上,恰當地規定一些基本的單位(稱為基本單位),可以使任何其他的單位(稱為導出單位)都表達為這些單位的乘積,將其統一以便於研究各個物理量之間的關係。如在國際單位制中,功的單位焦耳( ),可以表示為「千克平方米每平方秒」( )。然而,僅僅用單位來表示會面臨一些問題:(1)在不同的單位制下,各個物理量用單位來表示也會不同,以至於起不到預期的「統一各單位」的效果。如英里每小時(mph)與米每秒(m/s)乍看之下無甚聯繫,然而它們卻都是表示速度的單位。雖然說經過轉換可以將各個基本單位也統一,然而這樣終究不夠直觀,需記憶也不甚方便,而且選擇哪一個單位作為統一單位似乎都不甚公平。(2)把一個既有的單位表達為拆分了的基本單位的形式實際上沒有任何意義,功的單位無論如何都不是「千克二次方米每二次方秒」,因為實際上這個單位根本不存在,它只是與「焦耳」恰好相等而已。況且,這樣做也會導致一些拆分後相同但實質不同的單位被混淆,如力矩的單位牛米( )被拆分後也是 ,然而它與功顯然是完全不同的。

評價

按照國際標準,物理量Q的量綱記為dimQ,國際物理學界沿用的習慣記為[Q]。量綱是物理學中的一個重要概念。可以定性地表示出導出量與基本量之間的關係;可以有效地進行單位換算;可以檢查物理公式的是否正確;可以推知某些物理規律。「在量制中,以基本量的冪的乘積表示該量制中一個量的表達式,這個表達式就是該量的量綱。」物理量之間的有規律聯繫還通過描述自然規律的各種定律表示出來。因此當一個單位制的基本量確定後,其他的物理量就可以通過既定的關係或定律,定義為用基本量表示的導出量,並通過代數式表示為基本量的冪次乘積。由於選取的基本量不相同,同一個物理量在不同的單位制里的量綱可以互不相同。這在電磁學中是常有的。例如高斯單位制中的基本量是長度、質量和時間,而電磁學的MKSA制(電磁單位制)中的基本量是長度、質量、時間和電流。[1]

參考文獻

  1. 量綱搜狗