更新时间:2024-01-16 16:46
位移电流是电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分。英国物理学家麦克斯韦首先提出这种变化会产生磁场的假设,并称其为“位移电流”。位移电流只表示电场的变化率。
在电磁学里,位移电流 (displacement current) 定义为电位移通量对于时间的变化率:
位移电流的单位与电流的单位相同,在SI单位制中单位为安[培]。如同真实的电流,位移电流也会产生磁场。但是,位移电流并不是移动的电荷所形成的电流;而是电位移通量对于时间的偏导数,故它不具有传导电流所具有的其它效应,如焦耳热效应和化学效应。
考虑到上式的求导和积分顺序可以交换,上式也可被改写为
式中的 称位移电流密度。
位移电流是指穿过某曲面的电位移通量φD的时间变化率。这是麦克斯韦(1861~1862年)首先引出的一个概念。因为ΦD=ΦsD·ds,所以位移电流又可表示为i位= 。式中 称为位移电流密度矢量j位= 这样,位移电流等于曲面上位移电流密度的面积分。又因D=ε0E+P,E为电场强度矢量,P为该点的极化强度矢量,则位移电流密度j位=ε0 为介质极化强度随时间的变化率,它与极化电荷的移动相联系。在真空中这一项等于零,这时j位=ε0,它与电场强度随时间的变化率相联系,是位移电流的基本组成部分。这个基本部分与电荷的运动无关,本质上是随时间变化的电场。麦克斯韦认为位移电流以与传导电流相同的方式激发磁场。亦即变化着的电场在其周围空间激发磁场。这样,磁场可由传导电流激发,也可由变化的电场激发,这一假说是产生电磁波的必要条件之一。而在实验验证了电磁波的存在之后,这一假说就上升成为电磁理论的基本组成之一。真空中的位移电流,只相当于电场强度随时间的变化,不伴有电荷或任何别的实体的任何运动。即使在介质中,位移电流也不产生化学效应和焦尔热。
于1861年,詹姆斯·麦克斯韦发表了一篇论文《论物理力线》,提出位移电流的概念。在这篇论文内,他将位移电流项加入了磁场的安培定律。修改后的定律,现今称为麦克斯韦-安培方程。
在麦克斯韦的 1864 年论文《电磁场的动力学理论》内,他用这麦克斯韦-安培方程推导出电磁波方程。由于这导引将电学、磁学和光学联结成一个统一理论,这创举已被物理学术界公认为物理学史的重大里程碑。位移电流对于电磁波的存在而言是基本的条件。
位移电流也可以描述成:电容器充电时,极板间变化的电场变化可被视为等效电流。
位移电流与传导电流两者相比,唯一共同点仅在于都可以在空间激发磁场,但二者本质是不同的:
(1)位移电流的本质是变化着的电场,而传导电流则是自由电荷的定向运动;
(2)传导电流在通过导体时会产生焦耳热,而位移电流则不会产生焦耳热;位移电流也不会产生化学效应。
(3)位移电流也即变化着的电场可以存在于真空、导体、电介质中,而传导电流只能存在于导体中
(4)位移电流的磁效应服从安培环路定理。