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位移電流密度概念

電場中某點的電位移矢量對時間的變化率，我們稱之為該點的位移電流密度。電位移矢量是一個用以描述電場的輔助物理量，用符號D表示。電位移矢量作為在討論靜電場中存在電介質(zhì)的情況下，電荷分布和電場強度的關(guān)系時引入的輔助矢量。

D =  ε0E + P

電位移矢量又叫電感應(yīng)強度矢量。E是電場強度，P是極化強度，ε0是真空介電常數(shù)。D的單位是C/m?。對線性各向同性的電介質(zhì)有D=εE，ε是電介質(zhì)的絕對介電常數(shù)。

位移電流

電位移矢量隨時間的變化率對曲面的積分就是位移電流。英國物理學(xué)家麥克斯韋首先提出這種變化會產(chǎn)生磁場的假設(shè)，并稱其為“位移電流”。但位移電流只表示電場的變化率，與傳導(dǎo)電流不同，它不產(chǎn)生熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等。

繼電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，麥克斯韋的這一假設(shè)更加深入一步揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系。位移電流是建立麥克斯韋方程組的一個重要依據(jù)。注：位移電流不是電荷作定向運動的電流，但它引起的變化磁場，與傳導(dǎo)電流引起的變化磁場等效。

位移電流與傳導(dǎo)電流兩者相比，唯一共同點僅在于都可以在空間激發(fā)磁場，但二者本質(zhì)是不同的：

(1)位移電流的本質(zhì)是變化著的電場，而傳導(dǎo)電流則是自由電荷的定向運動；

(2)傳導(dǎo)電流在通過導(dǎo)體時會產(chǎn)生焦耳熱，而位移電流則不會產(chǎn)生焦耳熱；位移電流也不會產(chǎn)生化學(xué)效應(yīng)。

(3)位移電流也即變化著的電場可以存在于真空、導(dǎo)體、電介質(zhì)中，而傳導(dǎo)電流只能存在于導(dǎo)體中

(4)位移電流的磁效應(yīng)服從安培環(huán)路定理。

位移電流密度公式的一種導(dǎo)出方法

位移電流密度公式  的導(dǎo)出在大多數(shù)電磁學(xué)教材里以及有關(guān)文獻中都是用平行板電容器的充放電過程這個特例得出全電流公式，并指出全電流的連續(xù)性，以此得出位移電流密度公式。然而在教學(xué)中學(xué)生往往不易理解其物理含義，對位移電流的實質(zhì)也認識不清，使學(xué)生認為只有傳導(dǎo)電流為零的地方才由位移電流“接下去”。因此從電荷運動和場的變化的整體觀念，運用高斯定律和電荷守恒定律來導(dǎo)出位移電流的密度公式，其推導(dǎo)過程本身對學(xué)生理解全電流的概念亦有幫助。

設(shè)S為空間任一閉合曲面，其法線向外，如圖所示，C為S上一有向閉合曲線，分S為S1、S2兩個曲面，按右手法則，S1的法線將指向內(nèi)部，而S2的法線保持不變。設(shè)在此空間內(nèi)有穩(wěn)恒電流流動，在某時刻穿過S1面的電流為IS1，穿過S2面的電流為IS2，根據(jù)電荷守恒定律，不可能有電荷在S內(nèi)積累或放出，所以，IS1= IS2。

這里Sc是以C為邊界的任何曲面，取SC為S1即得電流IS1，取Sc為S2即得IS2，所以在恒流情況下IS1= IS2是必然的。然而并不是在所有情形下在任何時刻穿過S1的傳導(dǎo)電流IS1都與穿過S2的傳導(dǎo)電流IS2相等?，F(xiàn)考慮這樣一種情況：

一根無限長的荷電直導(dǎo)線，以勻速V0沿其軸向運動，如果導(dǎo)線中電荷的分布是均勻的，其線密度為λ，那么對于靜止的觀察者來說，此即一無限長的通電長直導(dǎo)線，其電流強度為λV0，如圖，我們選擇以導(dǎo)線為軸線的圓柱面，S1、S2分別為圓柱面的兩個底面，C為S1的邊界線，即是一個繞圓柱的圓，由于是穩(wěn)恒電流，所以IS1= IS2。

位移電流的意義：

位移電流表征了變化的電場要產(chǎn)生磁場。法拉第電場感應(yīng)定律表明了變化的磁場能產(chǎn)生電場，但變化的電場是否產(chǎn)生磁場?當時人們一無所知，只有當位移電流的提出才把電磁場統(tǒng)一起來的，這個名詞是麥克斯韋想出來的劃時代的創(chuàng)造，是麥克斯韋一生最偉大的貢獻，不可不知。

比較：

位移電流是相對于傳導(dǎo)電流（就是你所說的導(dǎo)線中流過的電流）而言的。傳導(dǎo)電流是由導(dǎo)線中電荷的定向運動產(chǎn)生的，產(chǎn)生它的源是電荷； 而位移電流是由該處電場的變化（D隨時間變化）產(chǎn)生的渦旋電流，這個電流是感應(yīng)電流，你在該處放一段導(dǎo)線里面就有電流流過，產(chǎn)生它的源是變化的電場。

舉例：

電磁爐就是利用變化的電場產(chǎn)生位移電流在鍋底里流動產(chǎn)生焦耳熱煮熟食物的，這個例子很典型。

當然最典型的例子是平行板電容器實驗，也就是課本里引入位移電流時用到的那個，當電容器兩端導(dǎo)線里的傳導(dǎo)電流變化時，電容器之間的電場就會跟著變化，同時就會在電容器兩個板之間產(chǎn)生位移電流。

公式：

用一個公式概況起來就是修正的安培環(huán)路定理，麥克斯韋第二式，磁場強度H沿任何閉合路徑的線積分，等于這閉合路徑所包圍的電流和（傳導(dǎo)電流+位移電流），這個公式說明在對磁場強度的環(huán)流量貢獻上，位移電流和傳導(dǎo)電流都有，計算的時候兩個都要包括進去。

2018-07-28 17:09:34 2011 http://www.yiqi.com/citiao/detail_1119.html 熱門標簽： 什么叫真密度_真密度的測定_真密度和表觀密度、堆積密度相對密度_相對密度的測定_性對密度的意義和用途電荷密度_電荷密度計算_電荷密度和場強關(guān)系磁通量密度_磁感應(yīng)強度_剩余磁通密度和表面磁通密度織物密度_紗織密度_織物密度測試方法_經(jīng)緯密度設(shè)計