Ток смещения - раздел Физика, ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Ток...
Ток смещения введен Максвеллом для установления количественных соотношений между переменным электрическим полем и вызываемым им вихревым магнитным полем.
Механизм возникновения тока смещения в диэлектрике можно понять, рассмотрев один из опытов А.А. Эйхенвальда. Диэлектрический диск Д (рис. 5.1) вращается между четырьмя неподвижными заряженными полудисками . При прохождении точками диска плоскости ab, разделяющей заряженные полудиски и перпендикулярной чертежу, меняется знак поля, действующего на диэлектрик, и происходит изменение знака его поляризации. Если вращение происходит по стрелке, но на левой стороне диска вместо положительных зарядов при переходе через плоскость ab появляются отрицательные, а на правой стороне вместо отрицательных появляются положительные заряды. Это означает, что в движущемся диске в плоскости ab происходит как бы течение зарядов – слева направо положительных, а справа налево отрицательных. Эти движения зарядов, представляющие собой смещения их в молекулах диэлектрика, образуют ток смещения в диэлектрике. Эйхенвальд установил, что токи смещения также создают вокруг себя магнитное поле.
Токи смещения наблюдаются в конденсаторе, включенном в цепь переменного тока.
Для цепи постоянного тока конденсатор является бесконечно большим сопротивлением, если только его диэлектрик не обладает утечкой. В такой цепи лишь в момент ее замыкания протекает импульс зарядного тока, соответствующий максимальному смещению электронов проводимости.
Если цепь с конденсатором питать переменным током, то в ней за каждый период протекают токи заряда и разряда конденсатора, сопротивление которого теперь не бесконечно большое, а зависит от емкости конденсатора и частоты тока
Согласно воззрениям Фарадея и Максвелла, конденсатор нужно рассматривать не как разрыв цепи, а как участок с другим механизмом проводимости. Если между обкладками конденсатора находится полярный или поляризующийся в электрическом поле диэлектрик, то при наличии разности потенциалов между обкладками конденсатора электрические заряды смещаются вдоль линий напряженности поля. Это смещение ионов образует ток смещения в диэлектрике.
Ток смещения существует не только в диэлектрике, но и в вакууме, где он представляет собой изменение напряженности электрического поля во времени.
Рассмотрим процессы, протекающие в цепи переменного тока, содержащей конденсатор (рис. 5.2). Зарядный ток, который протекает через конденсатор в виде тока смещения, равен
где - поверхностная плотность заряда на обкладках конденсатора; D – электрическое смещение в конденсаторе, причем (см. 1.9). Подынтегральное выражение можно рассматривать как частный случай скалярного произведения векторов , когда и взаимно параллельны. Поэтому для общего случая
(5.3)
С другой стороны силу тока сквозь произвольную поверхность S можно определить как поток вектора плотности тока
Тогда
Сравнивая это выражение с (6.3), получим
(5.4)
В свою очередь электрическое смещение , где - вектор поляризации. Следовательно, плотность тока смещения
(5.5)
где - плотность тока поляризации, обусловленного движением электрических зарядов в диэлектрике. Этот ток возбуждает свою составляющую магнитного поля, так как токи поляризации по своей природе не отличаются от токов проводимости; - плотность тока смещения в вакууме, не связанного с перемещением зарядов диэлектрика, а обусловленная только изменением электрического поля во времени. Эта составляющая тока смещения также возбуждает магнитное поле.
Таким образом, ток смещения, как это следует из теории Максвелла и опытов Эйхенвальда, создает такое же магнитное поле, как и ток проводимости. Введение тока смещения позволяет рассматривать электрическую цепь с включенными диэлектрическими или вакуумными участками как замкнутую цепь. Проводимость этих участков зависит от скорости изменения поля, т.е. от частоты.
В своей теории Максвелл ввел понятие полного тока, равного сумме токов проводимости и смещения. Следовательно, плотность полного тока
По Максвеллу полный ток в цепи всегда замкнут, т.е. на концах проводников обрывается лишь ток проводимости, а в диэлектрике (вакууме) между концами проводника имеется ток смещения, который замыкает ток проводимости.
Введя понятие полного тока, Максвелл обобщил теорему о циркуляции вектора (или ):
(5.6)
Уравнение (5.6) называется первым уравнением Максвелла в интегральной форме. Оно представляет собой обобщенный закон полного тока и выражает основное положение электромагнитной теории: токи смещения создают такие же магнитные поля, как и токи проводимости.
Государственное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Владимирский государственный университет...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Ток смещения
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Основной закон электростатики
Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов экспериментально установлен в 1785 г. французским физиком Ш. Кулоном с помощью крутильных весов. Поэтому силы электро
Электростатическое поле. Напряженность поля
Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то между ними возникнет кулоновское взаимодействие. Следовательно, в пространстве, окружающем электрические
Поля. Потенциал поля
Если в электростатическом поле точечного заряда из точки 1 в точку 2 вдоль произвольной траектории перемещаетс
Электростатического поля
Напряженность и потенциал – различные характеристики одной и той же точки поля. Следовательно, между ними должна существовать однозначная связь.
Работа по перемещению едини
Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике
Диэлектриками называют вещества, которые при обычных условиях практически не проводят электрический ток. Согласно представлениям классической физики в диэлектриках в отличие
Проводники в электростатическом поле. Конденсаторы
Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле, то это поле будет действовать на свободные заряды проводника, в результате чего они начнут перемещаться – положительные
Энергия электростатического поля
Электростатические силы взаимодействия консервативны, следовательно, система зарядов обладает потенциальной энергией.
Пусть имеется уединенный проводник, заряд емкос
Электрический ток и его характеристики
Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Различают два вида электрических токов – токи проводимости и конвек
Закон Ома в дифференциальной форме
Если в цепи на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение зарядов от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это при
Электроизмерительные приборы
Электрическая цепь представляет собой совокупность различных проводников и источников тока. В общем случае цепь является разветвленной и содержит участки, где проводники могут соеди
Расчет разветвленных цепей постоянного тока
Закон Ома в интегральной форме позволяет рассчитывать практически любую электрическую цепь. Однако непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих замкнутые контуры, достато
Задачи для самостоятельного решения
1. Какой заряд пройдет через поперечное сечение проводника за время от 5 с до 10 с, если сила тока изменяется со временем по закону
Закон Био-Савара-Лапласа
После опытов Эрстеда начались интенсивные исследования магнитного поля постоянного тока. Французские физики Био и Савар в первой четверти XIX в. изучали магнитные поля, создаваемые
Магнитное поле движущегося заряда. Сила Лоренца
Любой проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле. В свою очередь ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов. Отсюда следует, что каждый движущийся в
Теорема Гаусса для магнитного поля в вакууме
Потоком вектора магнитной индукции или магнитным потоком сквозь малую поверхность площадью dS называется скалярная физическая величина, равная
Магнитные свойства вещества
Не все вещества одинаково проводят силовые линии магнитного поля. Так, например, через железо магнитные силовые линии проходят во много раз легче, чем через воздух. Другими словами способность желе
Задачи для самостоятельного решения
1. По длинному прямому проводу течет ток силой 60 А. Определить индукцию магнитного поля в точке, удаленной от проводника на 5 см. (Ответ: 0,24 мТл).
Закон электромагнитной индукции
Как отмечалось, вокруг любого проводника с электрическим током возникает магнитное поле. Английский физик М. Фарадей считал, что между электрическими и магнитными явлениями существует тесная взаимо
Явление самоиндукции. Индуктивность контура
Электрический ток, протекающий в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция B которого по закону Био-Савара-Лапласа пропорциональна силе тока (B~I
Взаимная индукция
Если два контура расположены один возле другого и в каждом из них изменяется сила тока, то они будут взаимно влиять друг на друга. Изменение
Энергия магнитного поля
Магнитное поле, подобно электрическому полю, является носителем энергии. Естественно предположить, что энергия магнитного поля равна той работе, которая затрачивается электрическим током на создани
Практическое применение электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции используется, прежде всего, для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели применяются генераторы переменн
Вихревое электрическое поле
В 60-х годах XIX в. английский ученый Дж. Максвелл (1831-1879) обобщил экспериментально установленные законы электрического и магнитного полей и создал законченную единую теорию электромагнитног
Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
Созданная Максвеллом единая макроскопическая теория электромагнитного поля позволила с единой точки зрения не только объяснить электрические и магнитные явления, но предсказать новы
Библиографический список
1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. – М.: Наука, 1989.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высш. шк., 1989. – 608 с.
3. Курс физики: Учеб. для вузов: В 2 т. /
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Ток смещения введен Максвеллом для установления количественных соотношений между переменным электрическим полем и вызываемым им вихревым магнитным полем.
. При прохождении точками диска плоскости ab, разделяющей заряженные полудиски и перпендикулярной чертежу, меняется знак поля, действующего на диэлектрик, и происходит изменение знака его поляризации. Если вращение происходит по стрелке, но на левой стороне диска вместо положительных зарядов при переходе через плоскость ab появляются отрицательные, а на правой стороне вместо отрицательных появляются положительные заряды. Это означает, что в движущемся диске в плоскости ab происходит как бы течение зарядов – слева направо положительных, а справа налево отрицательных. Эти движения зарядов, представляющие собой смещения их в молекулах диэлектрика, образуют ток смещения в диэлектрике. Эйхенвальд установил, что токи смещения также создают вокруг себя магнитное поле.
Рассмотрим процессы, протекающие в цепи переменного тока, содержащей конденсатор (рис. 5.2). Зарядный ток, который протекает через конденсатор в виде тока смещения, равен
- поверхностная плотность заряда на обкладках конденсатора; D – электрическое смещение в конденсаторе, причем 
(см. 1.9). Подынтегральное выражение можно рассматривать как частный случай скалярного произведения векторов 
, когда 
и 
взаимно параллельны. Поэтому для общего случая
(5.3)
(5.4)
, где 
- вектор поляризации. Следовательно, плотность тока смещения
(5.5)
- плотность тока поляризации, обусловленного движением электрических зарядов в диэлектрике. Этот ток возбуждает свою составляющую магнитного поля, так как токи поляризации по своей природе не отличаются от токов проводимости; 
- плотность тока смещения в вакууме, не связанного с перемещением зарядов диэлектрика, а обусловленная только изменением электрического поля во времени. Эта составляющая тока смещения также возбуждает магнитное поле.
(или 
):
(5.6)
Новости и инфо для студентов