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NRL_FORMULARY_09-1

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2009

NRL PLASMA FORMULARY

J.D. Huba

Beam Physics Branch

Plasma Physics Division

Naval Research Laboratory

Washington, DC 20375

Supported by

The O ce of Naval Research

1

 

 

 

CONTENTS

 

 

Numerical and Algebraic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

3

Vector Identities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

4

Di erential Operators in Curvilinear Coordinates . . . . . . . . . .

.

6

Dimensions and Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

International System (SI) Nomenclature . . . . . . . . . . . . . .

. 13

Metric Prefixes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Physical Constants (SI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

14

Physical Constants (cgs)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

16

Formula Conversion

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

18

Maxwell’s Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

19

Electricity and Magnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Electromagnetic Frequency/Wavelength Bands . . . . . . . . . . .

. 21

AC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

22

Dimensionless Numbers of Fluid Mechanics . . . . . . . . . . . .

. 23

Shocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

26

Fundamental Plasma Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 28

Plasma Dispersion Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

30

Collisions and Transport

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

31

Approximate Magnitudes in Some Typical Plasmas . . . . . . . . .

. 40

Ionospheric Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

42

Solar Physics Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

43

Thermonuclear Fusion

 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

44

Relativistic Electron Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

46

Beam Instabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

48

Lasers

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

51

Atomic Physics and Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

53

Atomic Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

59

Complex (Dusty) Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

62

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Afterword . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

71

2

NUMERICAL AND ALGEBRAIC

Gain in decibels of P2 relative to P1

G = 10 log10(P2/P1).

To within two percent

(2π)1/2 2.5; π2 10; e3 20; 210 103.

Euler-Mascheroni constant1 γ = 0.57722

 

 

 

Gamma Function (x + 1) = x (x):

 

 

 

 

(1/6) = 5.5663

(3/5) = 1.4892

 

 

(1/5) = 4.5908

(2/3) = 1.3541

 

 

(1/4) = 3.6256

(3/4) = 1.2254

 

 

(1/3) = 2.6789

(4/5) = 1.1642

 

 

(2/5) = 2.2182

(5/6) = 1.1288

 

 

(1/2) = 1.7725 =

 

(1)

= 1.0

 

 

π

 

 

Binomial Theorem (good for | x |< 1 or α = positive integer):

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

α

α

k

 

α(α − 1) 2

α(α − 1)(α − 2)

3

(1 + x)

 

=

k

x ≡ 1 + αx +

2!

x +

3!

x + . . . .

k=0

Rothe-Hagen identity2 (good for all complex x, y, z except when singular):

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

x

x + kz

y

y + (n − k)z

 

 

 

 

 

 

 

 

k=0

x + kz

 

k

 

y + (n − k)z

 

 

n − k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y

 

y + nz

 

 

 

 

 

 

 

=

 

x + n

.

 

 

 

 

 

 

x + y + nz

Newberger’s summation formula3 [good for µ nonintegral, Re (α + β) > −1]:

nX

 

 

 

 

 

 

 

(1)nJα−γn(z)Jβ+γn(z)

=

π

J

(z)J

β−γµ

(z).

 

n + µ

 

sin µπ

α+γµ

 

 

=−∞

3

(∂Tji /∂xj )

VECTOR IDENTITIES4

Notation: f, g, are scalars; A, B, etc., are vectors; T is a tensor; I is the unit dyad.

(1)A ·B ×C = A ×B ·C = B ·C ×A = B ×C ·A = C ·A ×B = C ×A ·B

(2)A × (B × C) = (C × B) × A = (A · C)B (A · B)C

(3)A × (B × C) + B × (C × A) + C × (A × B) = 0

(4)(A × B) · (C × D) = (A · C)(B · D) (A · D)(B · C)

(5)(A × B) × (C × D) = (A × B · D)C (A × B · C)D

(6)(f g) = (gf ) = f g + g f

(7)· (f A) = f · A + A · f

(8)× (f A) = f × A + f × A

(9)· (A × B) = B · × A A · × B

(10)× (A × B) = A( · B) B( · A) + (B · )A (A · )B

(11)A × ( × B) = ( B) · A (A · )B

(12)(A · B) = A × ( × B) + B × ( × A) + (A · )B + (B · )A

(13)2f = · f

(14)2A = ( · A) − × × A

(15)× f = 0

(16)· × A = 0

If e1, e2, e3 are orthonormal unit vectors, a second-order tensor T can be

written in the dyadic form

P

(17) T = Tij ei ej

i,j

In cartesian coordinates the divergence of a tensor is a vector with components

P

(18) ( ·T )i = j

[This definition is required for consistency with Eq. (29)]. In general

(19)· (AB) = ( · A)B + (A · )B

(20)· (f T ) = f ·T +f ·T

4

Let r = ix + jy + kz be the radius vector of magnitude r, from the origin to the point x, y, z. Then

(21)· r = 3

(22)× r = 0

(23)r = r/r

(24)(1/r) = r/r3

(25)· (r/r3) = 4πδ(r)

(26)r = I

If V is a volume enclosed by a surface S and dS = ndS, where n is the unit normal outward from V,

Z Z

(27)

 

dV f =

dSf

 

V

S

 

(28)

ZV

dV · A = ZS dS · A

(29)

ZV

dV ·T = ZS dS ·T

(30)

ZV

dV × A =

ZS dS × A

(31)

ZV dV (f 2g − g 2f ) = ZS dS · (f g − g f )

 

Z

 

 

(32)dV (A · × × B B · × × A)

V

Z

=dS · (B × × A A × × B)

S

If S is an open surface bounded by the contour C, of which the line element is

dl,

Z I

(33) dS × f = dlf

S C

5

(34)

ZS dS · × A = IC dl · A

(35)

ZS (dS × ) × A = IC dl × A

(36)

ZS dS · ( f × g) = IC f dg = IC gdf

 

 

 

 

 

 

DIFFERENTIAL OPERATORS IN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CURVILINEAR COORDINATES5

Cylindrical Coordinates

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Divergence

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ∂Aφ

∂Az

 

 

· A =

 

 

 

 

 

 

 

(rAr ) +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

r

∂r

r

 

∂φ

 

∂z

 

 

Gradient

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( f )r =

∂f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ∂f

 

 

 

∂f

 

 

; ( f )φ =

 

 

 

 

 

 

 

; ( f )z =

 

 

∂r

r

∂φ

∂z

Curl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( × A)r =

 

1 ∂Az

 

∂Aφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

∂φ

 

∂z

 

 

 

 

 

( × A)φ =

 

 

∂Ar

∂Az

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

∂r

 

 

 

 

 

( × A)z =

 

1

(rAφ )

1 ∂Ar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r ∂r

r

∂φ

 

 

 

 

 

Laplacian

r

 

 

 

 

 

 

 

 

2f =

1

∂f

+

1 2f

+

2f

r

 

∂r

∂r

r2

 

∂φ2

∂z2

6

Laplacian of a vector

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 2A)r = 2Ar

 

2 ∂Aφ

 

 

 

 

Ar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

 

∂φ

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 2A)φ = 2Aφ +

 

 

2 ∂Ar

 

 

 

 

Aφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

∂φ

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 2A)z = 2Az

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Components of (A · )B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(A · B)r = Ar

∂Br

 

+

Aφ ∂Br

 

+ Az

∂Br

 

 

AφBφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂r

r ∂φ

 

∂z

 

 

 

r

(A · B)φ = Ar

∂Bφ

+

Aφ ∂Bφ

 

 

+ Az

∂Bφ

+

 

Aφ Br

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂r

r ∂φ

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

r

(A · B)z = Ar

∂Bz

+

Aφ ∂Bz

 

+ Az

∂Bz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂r

r ∂φ

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Divergence of a tensor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( · T )r =

1

(rTrr ) +

1 ∂Tφr

 

 

+

∂Tzr

 

Tφφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r ∂r

r

 

∂φ

 

 

 

∂z

 

 

r

( · T )φ =

 

1

(rT) +

1 ∂Tφφ

+

 

∂T

 

+

 

Tφr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r ∂r

r

∂φ

 

 

 

∂z

 

 

 

r

( · T )z =

1

(rTrz ) +

1 ∂Tφz

 

 

+

∂Tzz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r ∂r

r

∂φ

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Spherical Coordinates

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Divergence

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

· A =

1

 

 

 

 

 

(r2Ar ) +

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

∂Aφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(sin θAθ ) +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

∂r

r sin θ

∂θ

r sin θ

∂φ

Gradient

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( f )r =

∂f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ∂f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

∂f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

( f )θ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

( f )φ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂r

 

 

r

∂θ

r sin θ

∂φ

 

 

 

 

 

 

 

 

Curl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( × A)r =

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

(sin θAφ )

 

1

 

 

 

 

∂Aθ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r sin θ ∂θ

r sin θ

∂φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( × A)θ =

 

 

 

 

1

 

 

 

 

∂Ar

1

 

(rAφ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r sin θ

 

∂φ

r

∂r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( × A)φ =

 

 

1

(rAθ )

1 ∂Ar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r ∂r

r

∂θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Laplacian

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

∂f

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂f

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2f

2f =

 

 

 

 

r2

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin θ

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

∂r

∂r

r2 sin θ

∂θ

∂θ

 

r2 sin2 θ ∂φ2

Laplacian of a vector

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Ar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ∂Aθ

 

2 cot θAθ

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

∂Aφ

(

A)r

=

Ar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

r2

 

 

∂θ

 

 

 

 

 

r2

r2 sin θ

∂φ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

∂Ar

 

 

 

 

Aθ

 

 

 

 

 

 

 

2 cos θ

 

∂Aφ

 

 

 

 

 

 

 

 

(

A)θ

=

Aθ +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

 

 

∂θ

r2 sin2 θ

r2 sin2 θ

 

∂φ

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aφ

2

 

 

 

 

∂Ar

2 cos θ

∂Aθ

(

A)φ

=

Aφ

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

r2 sin2 θ

 

 

r2 sin θ

∂φ

r2 sin2 θ

∂φ

8

Components of (A · )B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(A · B)r = Ar

∂Br

 

+

Aθ ∂Br

+

 

 

 

 

 

Aφ

∂Br

Aθ Bθ + AφBφ

 

 

 

∂r

 

 

r

 

 

 

 

∂θ

 

 

 

 

r sin θ

 

 

 

 

∂φ

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

(A · B)θ = Ar

∂Bθ

+

Aθ ∂Bθ

 

 

 

 

 

 

+

 

Aφ

∂Bθ

+

 

Aθ Br

cot θAφBφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂r

 

r

 

 

 

∂θ

r sin θ

 

∂φ

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

r

(A · B)φ = Ar

∂Bφ

+

 

Aθ ∂Bφ

+

 

 

Aφ

 

∂Bφ

+

 

 

 

Aφ Br

+

cot θAφBθ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂r

 

r

 

 

 

∂θ

r sin θ

 

∂φ

 

 

r

 

 

 

 

r

Divergence of a tensor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( · T )r =

 

1

 

(r2Trr ) +

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(sin θTθr )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2 ∂r

 

r sin θ

∂θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

∂Tφr

 

 

 

Tθθ + Tφφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r sin θ

∂φ

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

( · T )θ =

 

1

 

(r2T) +

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(sin θTθθ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2 ∂r

 

 

r sin θ

∂θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

∂Tφθ

+

Tθr

 

 

 

cot θTφφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r sin θ

∂φ

 

r

 

 

 

 

r

( · T )φ =

 

1

 

(r2T) +

1

 

 

 

 

 

 

 

 

(sin θTθφ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2 ∂r

 

 

 

 

r sin θ ∂θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

1

 

 

 

 

∂Tφφ

+

Tφr

+

cot θTφθ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r sin θ ∂φ

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

r

9

DIMENSIONS AND UNITS

To get the value of a quantity in Gaussian units, multiply the value expressed in SI units by the conversion factor. Multiples of 3 in the conversion

factors result from approximating the speed of light c = 2.9979 × 1010 cm/sec 3 × 1010 cm/sec.

 

 

 

 

 

 

Dimensions

 

 

 

 

 

 

 

 

Physical

Sym-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SI

Conversion

Gaussian

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quantity

bol

 

SI

Gaussian

 

Units

 

 

Factor

Units

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Capacitance

C

 

t2q2

 

l

 

farad

9 × 1011

cm

 

ml2

 

Charge

q

q

 

m1/2l3/2

 

 

coulomb

3 × 109

statcoulomb

 

 

 

 

 

 

t

 

Charge

ρ

 

q

 

m1/2

 

coulomb

3 × 10

3

statcoulomb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l3

 

l3/2t

 

 

 

 

 

3

 

3

density

 

 

tq2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/m

 

 

 

 

 

/cm

Conductance

 

 

 

l

 

 

siemens

9 × 1011

cm/sec

 

 

ml2

 

t

 

Conductivity

σ

 

tq2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

siemens

9 × 109

sec1

 

ml3

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/m

 

 

 

 

 

 

Current

I, i

 

q

 

 

m1/2l3/2

 

 

ampere

3 × 109

statampere

 

t

 

 

 

 

 

t2

 

Current

J, j

 

q

 

m1/2

 

ampere

3 × 10

5

statampere

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2t

 

l1/2t2

 

 

 

 

2

 

2

density

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/m

 

 

 

 

 

/cm

Density

ρ

 

m

 

m

 

kg/m3

103

 

g/cm3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l3

 

l3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Displacement

D

 

q

 

 

m1/2

 

 

coulomb

12π

×

105

statcoulomb

 

l2

 

l1/2t

 

 

 

 

 

 

/m2

 

 

 

 

/cm2

Electric field

E

 

ml

 

 

m1/2

 

 

volt/m

 

1

× 104

statvolt/cm

 

t2q

 

l1/2t

 

3

Electro-

E,

 

ml2

 

 

m1/2l1/2

 

 

volt

 

1

× 102

statvolt

 

t2q

 

 

 

 

 

 

t

 

3

motance

Emf

 

ml2

 

 

ml2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Energy

U, W

 

 

 

joule

107

 

 

erg

 

t2

 

 

t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Energy

w, ǫ

 

m

 

m

 

joule/m3

10

 

 

erg/cm3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lt2

 

lt2

 

 

 

density

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

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