пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

струм зміщення

Струм зміщення або абсорбційний струм - величина, прямо пропорційна швидкості зміни електричної індукції. Це поняття використовується в класичної електродинаміки. Введено Дж. К. Максвеллом при побудові теорії електромагнітного поля.

Введення струму зміщення дозволило усунути протиріччя [1] в формулою Ампера для циркуляції магнітного поля, яка після додавання туди струму зміщення стала несуперечливої ​​і склала останнє рівняння, що дозволило коректно замкнути систему рівнянь (класичної) електродинаміки.

Строго кажучи, струм зміщення не є [2] електричним струмом, але вимірюється в тих же одиницях, що і електричний струм.

Точне формулювання

У вакуумі, а також в будь-якому речовині, в якому можна знехтувати поляризацією або швидкістю його зміни, струмом зміщення J_D (З точністю до універсального постійного коефіцієнта) називається [3] потік вектора швидкості зміни електричного поля Partial  mathbf E /  partial t через деяку поверхню [4] s :

J_D =  varepsilon_0  int_s  frac { partial  mathbf {E}} { partial t}  cdot  mathbf {ds} ( СІ)

J_D =  frac {1} {4  pi}  int_s  frac { partial  mathbf {E}} { partial t}  cdot  mathbf {ds} ( СГС)

У діелектриках (і у всіх речовинах, де не можна знехтувати зміною поляризації) використовується наступне визначення:

J_D =  int_s  frac { partial  mathbf {D}} { partial t}  cdot  mathbf {ds} ( СІ)

J_D =  frac {1} {4  pi}  int_s  frac { partial  mathbf {D}} { partial t}  cdot  mathbf {ds} ( СГС),

де D - вектор електричної індукції (історично вектор D називався електричним зміщенням, звідси і назва "струм зміщення")

Відповідно, щільністю струму зміщення у вакуумі називається величина

Mathbf {j_D} =  varepsilon_0  frac { partial  mathbf {E}} { partial t} ( СІ)

Mathbf {j_D} =  frac {1} {4  pi}  frac { partial  mathbf {E}} { partial t} ( СГС)

а в діелектриках - величина

Mathbf {j_D} =  frac { partial  mathbf {D}} { partial t} ( СІ)

Mathbf {j_D} =  frac {1} {4  pi}  frac { partial  mathbf {D}} { partial t} ( СГС)

У деяких книгах щільність струму зміщення називається просто "струмом зміщення".

 

Струм зміщення і струм провідності

У природі можна виділити два види струмів: струм пов'язаних зарядів і струм провідності.

Струм зв'язаних зарядів - це переміщення середніх положень зв'язаних електронів і ядер, складових молекулу, відносно центру молекули.

Струм провідності - це направлений рух на великі відстані вільних зарядів (наприклад, іонів або вільних електронів). У разі, якщо цей струм йде не в речовині, а у вільному простанство, нерідко замість терміна "струм провідності" вживають термін "ток переносу". Інакше кажучи, струм переносу або струм конвекції обумовлений переносом електричних зарядів у вільному просторі зарядженими частинками або тілами під дією електричного поля.

За часів Максвела струм провідності міг бути експериментально зареєстрований і виміряно (наприклад, амперметром, індикаторної лампою), тоді як рух зв'язаних зарядів всередині діелектриків могло бути лише побічно оцінено.

Сума струму зв'язаних зарядів і швидкості зміни потоку електричного поля була названа струмом зміщення в діелектриках.

При розриві ланцюга постійного струму і включенні в неї конденсатора струм в розімкнутому контурі відсутній. При харчуванні такого розімкнутого контуру від джерела змінної напруги в ньому реєструється змінний струм (при досить високій частоті і ємності конденсатора загоряється лампа, включена послідовно з конденсатором). Для опису і пояснення "проходження" змінного струму через конденсатор (розрив по постійному струму) Максвелл ввів поняття струму зміщення.

Струм зміщення існує і в провідниках, по яких тече змінний струм провідності, проте в даному випадку він пренебрежимо малий у порівнянні із струмом провідності. Наявність струмів зміщення підтверджено експериментально радянським фізиком А. А. Ейхенвальда, що вивчив магнітне поле струму поляризації, який є частиною струму зміщення. У загальному випадку, струми провідності і зміщення в просторі не розділені, вони знаходяться в одному і тому ж обсязі. Тому Максвелл ввів поняття повного струму, рівного сумі струмів провідності (а також конвекційних струмів) і зсуву. Щільність повного струму:

Mathbf j_  Sigma =  mathbf j +  mathbf j_D =  mathbf j +  frac { partial  mathbf D} { partial t},

де j - густина струму провідності, j D - щільність струму зміщення [5].

У діелектрику (наприклад, в діелектрику конденсатора) і у вакуумі немає струмів провідності. Тому наведена вище формула Максвелла пишеться так -

Mathbf j_  Sigma =  mathbf j_D =  frac { partial  mathbf D} { partial t}


хиты: 176
рейтинг:0
Естественные науки
физика
атомная физика
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь