位移电流和传导电流
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辽宁大学学报
自然科学版
第28卷 第3期 2001年JOURNALOFLIAONINGUNIVERSITY NaturalSciencesEdition Vol.28 No.3 2001
位移电流和传导电流
韩金学
(伊春林业学校,黑龙江伊春153000)Ξ
摘 要:从变化电场激发磁场这一现象入手,讨论,进一步加深对电磁场理论的认识.
关键词:麦克斯韦方程;电磁波.
中图分类号:O441 文献标识码:A(203
1 ,人们进一步要问,变化的电场,我们还是先从分析非稳恒电流分布的特点入手.众,在稳恒情形下:
(1) J=0
但在交变情况下,电流分布受电荷守恒定律所制约,即:
(2) J+=0t
它一般不再是闭合的,在稳恒情形下,电流J是闭合的,J=0在理论上是没有矛盾的,但是在非稳恒情况下,由于电荷守恒定律是精确的普遍规律,而(1)式仅是根据稳恒情况下的实验定律导出的特殊情况,在两者发生矛盾的情况下,麦克斯韦为修改(1)式使其服从普遍的电荷守恒定律的要求而提出了位移电流假说,他假设存在一个位移电流JD,它和传导电流Jf合起来构成闭合的量:
(Jf+JD)=0
并假设电流JD与电流J
f一样产生磁效应,这样方程:
×B=μ0J
可修改为:
×B=μ0(Jf+JD)
上式两边的散度都等于零,因而理论上(1)式和(2)式就不再矛盾了.
Ξ收稿日期:2000203230 作者简介:韩金学(19532),男,黑龙江省庆安县人,讲师,从事物理学教学与研究(3)(4)
第3期 韩金学:位移电流和传导电流 261
2 位移电流产生的条件及其物理意义
下面先看一下电流JD的物理意义,电荷守恒定律表为:
J+=0t
电荷密度与电位移矢量D的散度有关系式
:
J=ρ
两式合起来得:
) (Jf+=0t
与(3)式比较得: JD=
由于
所以JD=ε+0tt
,,它是一种假想电流,,.后一部分是介质极化强度的变化,在
P0=0,故位移电流仅剩下ε这一项了,可见,位移电流的基本部分与0tt
“电荷的移动”无关.它本质上是变化着的电场.而传导电流始终是和自由荷的运动相联系的._tD=ε0E+3 位移电流与传导电流的区别
传导电流仅存在与导体中,其幅值与外加电场的频率无关,而位移电流却能在导体、介质和真空中存在.在通常情况下,电介质中主要是位移电流.而导体中的位移电流与外加电场的频率有关,当频率较低时,导体中的位移电流很小,以致可以忽略,但在高频时,导体中的位移电流和传导电流有同等作用.例如:存在一个角频率为ω的交变电场E=E0cosωt.则在导体中的位移电流为:
JD=εE0sinωt=-ωt
而传导电流为:Jf=σE0cosωt.
|ωε两者幅值之比为:=σ|Jf||
ωε
σ的数量级为10-17s.可以看到,只要σν1时,JDνJf,对于一般的金属导体来说,εΠ
只要是外加电场的频率远远小于10
略不计了.-17数量级,金属中的位移电流与传导电流相比就可忽
262自然科学版 2001
年辽宁大学学报
由JD=εt和Jf=σE0cosωt知:传导电流与电场强度的相位相同,而位移电0ωE0sinω
流超前传导电流πΠ2弧度,即传导电流与位移电流有πΠ2弧度的相位差.
如果从电流的热效应去考虑,传导电流产生焦耳热且遵循焦耳—楞次定律.而位移电流却不产生焦耳热.由:
JD=ε+0tt知,在真空中,位移电流只能由电场的变化所决定,而没有电荷移动,也就不能产生焦耳热.在介质中,位移电流不仅由电场强度的变化所决定,还与介质极化强度的变化相联系.而极化强度的变化是由束缚电荷因电场改变而移动所产生的,对于介电常数不随温度而改变的非极性分子所组成的电介质来说,这种移动是不消耗能量的,因此,位移电流不会产生焦耳热.,,极化强度随时间的变化伴随着热量的产生,,.在低频时,,,移电流将产生较大的热量,综上所述,,它们的共同性质是按相同的,.不仅电荷和电流可以激发磁场,而且,因此,只要某处发生电磁扰动,由于电磁场的相互激发,,形成电磁波.麦克斯韦首先从这一理论出发,预言了电磁波的存在,,完全证实了位移电流假说的正确性.
因此,进一步弄清位移电流和传导电流这两个不同的物理概念,为我们丰富对电磁理论的认识有着极其重要的意义.
[参考文献]
[1] TheFeynmanLecturesonPhysics.费曼物理学讲义[M],第二卷,上海:上海科学技术出版社,1989.
[2] 郭硕鸿编.电动力学[M].北京:高等教育出版社,1978.
TheDisplacementCurrentandConductionCurrent
HANJinxue
YichunForestrySchool,Yichun153000
Fromthefactthatthevariableelectricfieldcanexciteamagneticfield,inthispaper,Abstract
weinvestigatetheessenceofdisplacementcurrentandconductioncurrentaswellastherelationbe2tweenthem,whichgivesadeeperunderstandingoftheelectromagneticfieldtheory.
Maxwell’sequations,electromagneticwave.KeyWords
(责任编辑 郑绥乾)
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