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位移電流
(物理學上的位移電流)
鎖定
位移電流是電位移矢量隨時間的變化率對曲面的積分。英國物理學家麥克斯韋首先提出這種變化會產生磁場的假設,並稱其為“位移電流”。位移電流只表示電場的變化率。
- 中文名
- 位移電流
- 外文名
- displacement current
- 提出者
- 麥克斯韋(J.Maxwell)
- 適用學科
- 物理學
- 適用領域
- 電磁學
位移電流定義
位移電流的單位與電流的單位相同,在SI單位制中單位為安[培]。如同真實的電流,位移電流也會產生磁場。但是,位移電流並不是移動的電荷所形成的電流;而是電位移通量對於時間的偏導數,故它不具有傳導電流所具有的其它效應,如焦耳熱效應和化學效應。
考慮到上式的求導和積分順序可以交換,上式也可被改寫為
式中的
稱位移電流密度。
位移電流是指穿過某曲面的電位移通量φD的時間變化率。這是麥克斯韋(1861~1862年)首先引出的一個概念。因為ΦD=ΦsD·ds,所以位移電流又可表示為i位=
。式中
稱為位移電流密度矢量j位=
這樣,位移電流等於曲面上位移電流密度的面積分。又因D=ε0E+P,E為電場強度矢量,P為該點的極化強度矢量,則位移電流密度j位=ε0
為介質極化強度隨時間的變化率,它與極化電荷的移動相聯繫。在真空中這一項等於零,這時j位=ε0
,它與電場強度隨時間的變化率相聯繫,是位移電流的基本組成部分。這個基本部分與電荷的運動無關,本質上是隨時間變化的電場。麥克斯韋認為位移電流以與傳導電流相同的方式激發磁場。亦即變化着的電場在其周圍空間激發磁場。這樣,磁場可由傳導電流激發,也可由變化的電場激發,這一假説是產生電磁波的必要條件之一。而在實驗驗證了電磁波的存在之後,這一假説就上升成為電磁理論的基本組成之一。真空中的位移電流,只相當於電場強度隨時間的變化,不伴有電荷或任何別的實體的任何運動。即使在介質中,位移電流也不產生化學效應和焦爾熱。
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位移電流定義起源
在麥克斯韋的 1864 年論文《電磁場的動力學理論》內,他用這麥克斯韋-安培方程推導出電磁波方程。由於這導引將電學、磁學和光學聯結成一個統一理論,這創舉已被物理學術界公認為物理學史的重大里程碑。位移電流對於電磁波的存在而言是基本的條件。
位移電流也可以描述成:電容器充電時,極板間變化的電場變化可被視為等效電流。
位移電流注意問題
位移電流與傳導電流兩者相比,唯一共同點僅在於都可以在空間激發磁場,但二者本質是不同的:
(1)位移電流的本質是變化着的電場,而傳導電流則是自由電荷的定向運動;
(2)傳導電流在通過導體時會產生焦耳熱,而位移電流則不會產生焦耳熱;位移電流也不會產生化學效應。
(3)位移電流也即變化着的電場可以存在於真空、導體、電介質中,而傳導電流只能存在於導體中
(4)位移電流的磁效應服從安培環路定理。