Gaußsches Einheitensystem

Das Gaußsche Einheitensystem, auch Gaußsches CGS-System oder natürliches Einheitensystem genannt, ist ein physikalisches Einheitensystem, das auf dem CGS-System aufbaut und dieses um elektromagnetische Einheiten ergänzt. Das Gauß'sche Einheitensystem nimmt das Coulomb'sche Kraftgesetz als Ausgangspunkt für die Definition elektromagnetischer Größen und nicht, wie das SI-System, die Maxwell-Gleichungen. Es sollte hier klar darauf hingewiesen werden, dass der Unterschied zwischen dem Gauß'schen und dem SI-System nicht lediglich eine Frage der Einheiten ist, sondern dass die Größen in den beiden Systemen schlicht anders eingeführt und damit auch in anderen Einheiten gemessen werden. Streng genommen handelt es sich in den beiden Begriffssystemen also um unterschiedliche physikalische Größen!

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In der heutigen Praxis wird das gaußsche Einheitensystem kaum noch in Reinkultur angewandt, insbesondere die Einheiten Statvolt und Statcoulomb werden kaum mehr verwendet. Weit häufiger wird eine Mischung aus gaußschen und Einheiten des MKS-Systems benutzt, in der etwa die Feldstärke in V/cm angegeben wird.

In der theoretischen Physik wird das Gaußsche Einheitensystem gegenüber dem MKSA-System häufig bevorzugt, weil dadurch elektrisches und magnetisches Feld identische Einheiten erhalten, was logischer ist, da diese Felder nur verschiedene Komponenten des elektromagnetischen Feldstärketensors sind. Sie gehen durch Lorentztransformation auseinander hervor, sind also nur verschiedene "Ausprägungen" des Elektromagnetismus allgemein und keine prinzipiell trennbaren Erscheinungen. Des Weiteren taucht in dieser Formulierung der Maxwell-Gleichungen die Lichtgeschwindigkeit als Faktor auf, was bei relativistischen Betrachtungen hilfreich ist.

Für manche Anwendungen werden gaußsche Einheiten, wie zum Beispiel die magnetische Feldstärkeeinheit Gauß, gegenüber den entsprechenden SI-Einheiten bevorzugt, weil dann die Zahlenwerte handlicher sind. Zum Beispiel ist das Erdmagnetfeld von der Größenordnung 1 Gauß.

Transformationsformeln

Im folgenden sind die Formeln zur Transformation einer im Begriffssystem von Gauß (ohne Stern) gegebenen Formel in das SI-System (mit Stern) aufgelistet. Man erkennt, dass es sich keineswegs nur um eine einfache Änderung der Einheiten handelt!

Gauß'sches System: $\vec E,\vec D,\vec B,\vec H, \vec j, \rho$
SI-System: $\vec E^*,\vec D^*,\vec B^*,\vec H^*, \vec j^*, \rho^*$

Zusätzlich sind im SI-System zwei Feldkonstanten $ε 0$ und $μ 0$ notwendig, die es im Gauß'schen System nicht gibt.

$\begin{array}{lcl} \vec E = \sqrt{4\pi\epsilon_0} \cdot\vec E^* & & \vec B = \sqrt{4\pi/\mu_0} \cdot\vec B^* \\ \vec D = \sqrt{4\pi/\epsilon_0} \cdot\vec D^* & & \vec H = \sqrt{4\pi\mu_0} \cdot\vec H^* \\ \rho = \cfrac {\rho^*}{\sqrt{4\pi\epsilon_0}} & & \vec j = \cfrac{\vec j^*}{\sqrt{4\pi/\mu_0}} \\ & \cfrac{1}{c^2} = \epsilon_0\mu_0 & \end{array}$

Siehe auch: Elektromagnetische Einheiten

Quellen

A. Lindner - Grundkurs Theoretische Physik, B.G. Teubner Stuttgart 1994, S. 173f

Kategorien: CGS-Einheit | Größen- und Einheitensystem

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