переменное электрическое поле называют током смещения

Где х — диэлектрическая восприимчивость среды.

В таком случае, можно получить уравнение:

\(D=\varepsilon \varepsilon _<0>E=(1+x)\varepsilon _<0>E\)

\(D=\varepsilon _<0>E+\varepsilon _<0>Ex\)

Вектор поляризации равен:

Таким образом, получим равенство:

Плотность тока смещения в вакууме:

Плотность тока поляризации:

Плотность тока обусловлена перемещением зарядов в диэлектрике.

Источник

ток смещения

Полезное

Смотреть что такое «ток смещения» в других словарях:

Ток смещения — Ток смещения: Ток смещения (электродинамика) величина, пропорциональная быстроте изменения индукции электрического поля. Ток смещения (радиоэлектроника) постоянный анодный (коллекторный) ток, протекающий, когда к управляющему электроду приложено… … Википедия

ток смещения — Совокупность электрического тока смещения в пустоте и электрического тока поляризации, количественно характеризуемая скалярной величиной, равной производной по времени от потока электрического смещения сквозь рассматриваемую поверхность. [ГОСТ Р… … Справочник технического переводчика

ТОК СМЕЩЕНИЯ — величина, пропорциональная скорости изменения переменного электрического поля в диэлектрике или вакууме. Название ток связано с тем, что ток смещения порождает магнитное поле по тому же закону, что и ток проводимости … Большой Энциклопедический словарь

ТОК СМЕЩЕНИЯ — скорость изменения во времени t электрич. индукции D (точнее, величина д/дt(D/4p)). Введен англ. физиком Дж. Максвеллом в его теории эл. магн. поля (см. МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ). Т. с. создаёт магн. поле по тому же закону, что и ток проводимости, т.… … Физическая энциклопедия

ТОК СМЕЩЕНИЯ — физ. величина, пропорциональная скорости изменения напряжённости переменного электрического поля в диэлектрике или вакууме и характеризующая порождённое этими изменениями магнитное поле, но в отличие от тока (см.) не связанная с переносом… … Большая политехническая энциклопедия

ток смещения I₀ — 5.6 ток смещения I0 : Постоянный ток в управляющей катушке, обеспечивающий работу АМП на линейном участке зависимости магнитной силы от силы тока и изменения зазора в АМП (см. формулы в примечании к рисунку 12) Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ток смещения — priešįtampio srovė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. bias current vok. Verschiebungsstrom, m; Vorspannungsstrom, m rus. ток смещения, m pranc. courant de déplacement, m; courant de polarisation, m … Radioelektronikos terminų žodynas

ток смещения — slinkties srovė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kintančio elektrinio lauko reiškinys, pagal kuriamą magnetinį lauką lygiavertis elektros srovei. atitikmenys: angl. displacement current vok. Verschiebungsstrom, m rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

ток смещения — slinkties srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. displacement current vok. Verschiebungsstrom, m rus. ток смещения, m pranc. courant de déplacement, m … Fizikos terminų žodynas

Ток смещения — При построении теории электромагнитного поля Дж. К. Максвелл выдвинул гипотезу (впоследствии подтвержденную на опыте) о том, что магнитное поле создаётся не только движением зарядов (током проводимости, или просто током), но и любым… … Большая советская энциклопедия

Источник

Ток смещения

Вы будете перенаправлены на Автор24

Физическое содержание тока смещения

Любое переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Исследуя разные электромагнитные процессы, Максвелл сделал вывод о том, что существует обратное явление: изменение электрического поля вызывает появление вихревого магнитного поля. Это одно из основных утверждений в теории Максвелла.

Готовые работы на аналогичную тему

Ток смещения в диэлектрике

По определению вектора электрической индукции ($\overrightarrow$):

Однако, надо заметить, что сам термин «ток смещения» для диэлектриков имеет какое-то обоснование, так как в них действительно происходит смещение зарядов в атомах и молекулах. Но этот термин применяется и к вакууму, где зарядов нет, значит, нет их смещения.

Полный ток

В том случае, если в проводнике течет переменный ток, то внутри него имеется переменное электрическое поле. Значит, в проводнике существует ток проводимости ($j$) и ток смещения. Магнитное поле проводника определено суммой вышеназванных токов, то есть полным током ($\overrightarrow$):

В зависимости от электропроводности вещества, частоты переменного тока, слагаемые в выражении (4), играют разную роль. В веществах с хорошей проводимостью (например, металлах) и при низких частотах переменного тока плотность тока смещения невелика, тогда как ток проводимости существенен. В таком случае, током смещения пренебрегают, в сравнении с током проводимости. В веществах с высоким сопротивлением (изоляторах) и при больших частотах тока ведущую роль играет ток смещения.

Оба слагаемых в выражении (4) могут иметь одинаковые знаки и противоположные. Следовательно, полный ток может быть и больше и меньше тока проводимости, может даже быть равен нулю.

Значит, в общем случае переменных токов магнитное поле определяется полным током. Если контур разомкнут, то на концах проводника обрывается только ток проводимости. В диэлектрике между концами проводника присутствует ток смещения, который замыкает ток проводимости. Получается, что если под электрическим током понимать полный ток, то в природе все токи замкнуты.

Задание: Плоский конденсатор заряжен и отключен от источника заряда. Он медленно разряжается объемными токами проводимости, которые появляются между обкладками, так как присутствует небольшая электрическая проводимость. Чему равна напряжённость магнитного поля внутри конденсатора? Считать, что краевых эффектов в конденсаторе нет.

Решение:

Ток смещения можно найти как:

В соответствии с законом сохранения заряда, можно записать, что:

Для нашего плоского конденсатора, учитывая полученные выражения (1.3), (1.4), имеем:

Ответ: Магнитное поле в конденсаторе равно нулю.

Решение:

Электрические токи, которые текут от (или к ) шару, возбуждают магнитное поле. Определим направление вектора магнитной индукции этого магнитного поля.

Для устранения полученного противоречия следует предположить, что магнитные поля порождаются не только токами проводимости. Добавим к току проводимости ток смещения ($I_$), который в нашем случае будет уничтожать возбуждаемое магнитное поле. Его величина определяется из условия:

Ток проводимости, который течет от заряженного шара можно выразить как:

Из выражения (2.3) следует, что:

В соответствии с законом Кулона заряженного проводящего шара, имеем:

\[Q=4\pi r^2D\ \left(2.6\right).\]

Найдем производную по времени от заряда, получим:

Плотность тока смещения при этом будет равна:

Полученное выражение совпадает с определением плотности тока смещения.

Источник

Учебники

Журнал «Квант»

Общие

§15. Переменное электромагнитное поле

15.2 Ток смещения.

Весьма интересна история открытия этого явления. Впервые предсказал существование такого процесса М. Фарадей вместе с открытием электромагнитной индукции. Последователь Фарадея, его соотечественник Дж. К. Максвелл в 1873 году даже дал теоретическое описание этого явления, написав уравнения которые позволяют рассчитать характеристики индуцированного магнитного поля. Экспериментально же это явление было открыто и исследовано значительно позднее.

Дж. К. Максвелл пришел к выводу этого закона из теоретических рассуждений, которые потребовали изменения теоремы о циркуляции вектора индукции магнитного поля в случае переменных полей.

Стационарные магнитные поля создаются постоянными электрическими токами (или, что равносильно, движущимися зарядами). Индукция стационарного магнитного поля рассчитывается по закону Био-Савара, который подтверждается многочисленными экспериментальными данными, поэтому сомнений в его справедливости не возникает. Эквивалентной формулировкой этого закона является теорема о циркуляции магнитного поля: циркуляция вектора индукции равна сумме токов, пересекающих любую поверхность, натянутую на контур, умноженной на магнитную постоянную

Распространение этой теоремы (соответственно и закона Био-Савара) на изменяющиеся во времени поля приводит к серьезному противоречию.

В действительности электрический заряд может накапливаться на проводнике A, поэтому силы токов в проводниках могут различаться, в частности, ток I₁ может вообще отсутствовать. Принципиальная особенность процесса зарядки (или разрядки) заключается в том, что изменяется электрический заряд тела, и как следствие изменяется электрическое поле. Поэтому Дж. К. Максвелл и высказал гипотезу, что изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле.

Если в качестве поверхности, опирающейся на контур, выбрать полусферу Ω₁, охватывающую пластину конденсатора, то ее пересекает проводник, по которому идет зарядка током силой I. Поэтому по теореме о циркуляции следует записать \(\Gamma_B = 2 \pi r B = \mu_0 I\), откуда следует, что величина индукции поля на рассматриваемом контуре равна \(

B = \frac<\mu_0 I><2 \pi r>\), и совпадает с индукцией поля прямого проводника.

Если предположить, что произведение скорости изменения электрического потока на электрическую постоянную \(

\varepsilon_0 \frac<\Delta \Phi_E><\Delta t>\) эквивалентно силе обычного тока проводимости (в том смысле, что создает такое же магнитное поле) и обобщить теорему о магнитном потоке, включив в нее это слагаемое, то выявленные противоречия снимаются.

\varepsilon_0 \frac<\Delta \Phi_E><\Delta t>\) Дж. К. Максвелл назвал силой тока смещения, а само явление возникновения магнитного поля при изменении электрического поля – током смещения.

Рассматривая процесс зарядки конденсатора, заполненного диэлектриком, Максвелл пришел к выводу, что изменяющаяся поляризация диэлектрика, вызванная смещением (в обычном механическом смысле) связанных зарядов эквивалентна электрическому току. Затем этот термин был распространен и на изменяющееся поле в вакууме, где заряженные частицы отсутствуют, а их «смещение [3] » осталось.

В итоге Дж. К. Максвелл сформулировал теорему о циркуляции в обобщенном виде: Циркуляция вектора магнитной индукции по любому контуру равна сумме токов проводимости и токов смещения, пересекающих данную поверхность, умноженной на магнитную постоянную

Следует отметить, что приведенные рассуждения об обобщенной теореме о циркуляции, ни в коем случае не является ее выводом или доказательством. Реальное существование токов смещения (т.е. возникновения магнитного поля под действием поля электрического) подтверждается только результатами многочисленных экспериментов. Поэтому выводы Дж. К. Максвелла являются гениальными догадками и предсказаниями, экспериментально подтвержденными значительно позднее. Важнейшим доказательством существования рассматриваемого явления послужило открытие и исследование немецким физиком Г. Герцем в 1886-1889 годах электромагнитных волн, которые не могли бы существовать, если не существует токов смещения.

Покажем, что введение токов смещения приводит к уравнению, правильно описывающему изменение электрического заряда. Пусть произвольную замкнутую поверхность пересекают произвольные электрические токи. Выберем на этой поверхности замкнутую линию (контур) L, который разбивает ее на две части Ω₀ и Ω₁ (Рис. 124). Применим теорему о циркуляции к выделенному на данной поверхности контуру. Положительным направлением обхода контура будем считать, как обычно, направление «против часовой стрелки». Для произвольной поверхности, опирающейся на контур, положительное направление нормалей к поверхности определяется правилом правого винта (две такие нормали \(

\vec n_1\) показаны на рисунке). Применим теорему о циркуляции для контура L для двух введенных поверхностей, натянутых на этот контур

(\Phi’_ + \Phi’_) = \frac<\varepsilon_0>\). Таким образом, уравнение (4) приобретает простой вид I \(

Процесс возникновения магнитного поля под действием изменяющегося во времени электрического поля также логически следует из принципа относительности и полевой теории близкодействия. Неподвижный электрический заряд создает электростатическое поле, если же перейти в систему отсчета, в которой этот заряд движется равномерно, то в этой системе отсчета будет существовать и магнитное поле. Появление это поля качественно можно истолковать следующим образом: пусть в некоторой точке A в некоторый момент времени движущийся со скоростью \(

\vec \upsilon\) заряд q создает электрическое поле напряженности \(

\vec E_0\) (Рис. 125). При смещении заряда напряженность электрического поля будет изменяться по величине и по направлению. Изменяющееся в рассматриваемой точке электрическое поле и создает в этой точке магнитное поле.

Попытаемся связать между собой характеристики электрического и магнитного полей. Для этого воспользуемся законом Био-Савара. Элемент тока \(

I \Delta \vec l\) в произвольной точке A создает магнитное поле, индукции которого равна

I \Delta \vec l\) можно представить в виде

\vec \upsilon\), создает магнитное поле величиной

Движущийся заряд создает также и электрическое поле, в отличие от элемента тока, в котором заряды одного знака движутся, а равные по величине заряды противоположного знака покоятся. Проведенная нами замена элемента тока на движущийся заряд законна, так как магнитное поле создается только движущимися зарядами.

Разложим вектор скорости \(

\vec \upsilon\) заряженного тела на две составляющие (Рис. 126б)\[

По аналогии с законом электромагнитной индукции можно предположить, что циркуляция вектора индукции связана с изменением потока вектора напряженности электрического поля, поэтому найдем эти величины и попытаемся найти связь между ними. Рассмотрим наиболее простой случай. На окружности L, центр которой совпадает с зарядом, вектор индукции направлен по касательной к этой окружности и постоянен по модулю. Поэтому циркуляция вектора индукции по этому контуру равна

Найдем изменение потока вектора напряженности электрического поля через рассматриваемый контур L. Как и в случае расчета магнитного «потока через контур», мы должны выбрать поверхность, опирающуюся на контур. Пусть в рассматриваемый момент времени заряд находится в плоскости П₀. В качестве поверхности, через которую рассчитывается поток, выберем полусферу Ω₀, опирающуюся на окружность L (Рис. 128). Через малый промежуток времени Δt заряд сместится на расстояние υΔt. Чтобы найти электрический поток в этот момент времени дополним сместившуюся полусферу Ω₁ тонким цилиндрическим слоем, соединяющим край полусферы с окружностью L (на рис. 125 этой слой затенен). Понятно, что изменение потока через контур равно потоку через выделенную полоску. Так как полоска узкая, то можно считать, что во всех ее точках вектор напряженности электрического поля направлен по нормали к поверхности и постоянен по модулю, поэтому искомый поток равен

Тем самым мы пришли к той же формулировке закона, описывающего токи смещения.

В данном выводе сделано одно неявное допущение: мы приняли, что напряженность электрического поля движущегося заряда определяется, так же как и напряженность поля неподвижного заряда. Строго говоря, это условие выполняется только при скоростях движения зарядов значительно меньших скорости света. Однако, полученный закон, связывающий характеристики изменяющегося электрического поля и создаваемого им магнитного поля справедлив при любых скоростях движущихся зарядов.

Источник

Электромагнитная индукция, токи смещения

Магнитное поле может вызывать электрические токи. Если изменить магнитное поле возникает электрический ток (не зависит от свойств проводника).

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину

где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором и нормалью к плоскости контура. Ф определяется числом силовых линий, пронизывающих контур. Максвелл начал формировать теорию электромагнитного поля.

Определение магнитного потока нетрудно обобщить на случай неоднородного магнитного поля и неплоского контура. Единица магнитного потока в системе СИ называется вебером (Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1 м 2 :

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции , равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Эта формула носит название закона Фарадея.

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение, сформулированное в 1833 г., называется правилом Ленца.

Направление индукционного тока. Правило Ленца: направление индукционного тока будет таким, чтобы его действие было противоположно действию причины, вызывающей этот ток.

Величина индукционного тока: когда изменяются поля, тогда изменяются силовые линии.

Магнитное поле создается не только движением зарядов (током проводимости, или просто током), но и любым изменением во времени электрического поля.

Понятие ток смещения введено Максвеллом для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем.

В соответствии с теорией Максвелла, в цепи переменного тока, содержащей конденсатор, переменное электрическое поле в конденсаторе в каждый момент времени создает такое магнитное поле, какое создавал бы ток, (названный током смещения), если бы он протекал между обкладками конденсатора. Из этого определения следует, что J_см = J (т. е., численные значения плотности тока проводимости и плотности тока смещения равны), и, следовательно, линии плотности тока проводимости внутри проводника непрерывно переходят в линии плотности тока смещения между обкладками конденсатора. Плотность тока смещения j_см характеризует скорость изменения электрической индукции D во времени: J_см = D/ t.

Ток смещения не выделяет джоулевой теплоты, его основное физическое свойство — способность создавать в окружающем пространстве магнитное поле.

Вихревое магнитное поле создается полным током, плотность которого j, равна сумме плотности тока проводимости и тока смещения D/ t.

Источник