全电流

更新时间:2022-08-25 14:25

一般情形下,通过空间某截面的电流应包括传导电流位移电流运流电流,其和称全电流(total current) 。即:传导电流Ic + 运流电流Iv + 位移电流Id = 全电流,其中:Ic指导体内自由电荷定向移动所形成的电流;Iv指导体外自由电荷定向移动所形成的电流;Id指变化的电场所等效的电流。如安培环路定理中的I就可以理解为全电流。

概念

一般情形下,通过空间某截面的电流应包括传导电流位移电流运流电流,其和称全电流(total current) 。即:传导电流Ic + 运流电流Iv + 位移电流Id = 全电流,其中:Ic指导体内自由电荷定向移动所形成的电流;Iv指导体外自由电荷定向移动所形成的电流;Id指变化的电场所等效的电流。如安培环路定理中的I就可以理解为全电流。

全电流是连续的,在空间构成闭合回路。导线中有传导电流(一般,导体中也有很小的位移电流),而电容器中有位移电流,即传导电流中断处,有位移电流接上。

电流

科学上把单位时间里通过导体任一横截面电量叫做电流强度,简称电流。通常用字母 I表示,它的单位安培安德烈·玛丽·安培),1775年—1836年,法国物理学家、化学家,在电磁作用方面的研究成就卓著,对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名),简称“安”,符号 “A”,也是指电荷在导体中的定向移动。

导体中的自由电荷电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了 电流。

电源的电动势形成了电压,继而产生了电场力,在电场力的作用下,处于电微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA,电学上规定:正电荷定向流动的方向为电流方向。金属导体中电流微观表达式I=nesv,n为单位体积内自由电子数,e为电子的电荷量,s为导体横截面积,v为电荷速度。

大自然有很多种承载电荷的载子,例如,导电体内可移动的电子、电解液内的离子、等离子体内的电子和离子、强子内的夸克。这些载子的移动,形成了电流。

传导电流

传导电流是指导电媒质中运动电荷形成的电流称为传导电流。传导电流与电场强度之间的关系满足欧姆定律。传导电流密度用Jc表示。

传导电流中的带电微粒(如金属中的自由电子、电解质溶液中的正负离子、气体中的离子和电子)在电场作用下,在导体内部做定向运动而形成的电流。传导电流仅存在于导体中,其幅值与外加电场的频率无关。

在交变场的作用下,介质中有两种性质不同的电流存在,传导电流是其中的一种。传导电流相当于自由电子的定向运动,并由介质的电阻率所决定。传导电流通过导体时不但产生焦耳热,而且在导体周围空间激发涡旋磁场。在低频交流电法中主要考虑传导电流对电磁场分布的作用。

位移电流

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。

运流电流

运流电流又称“对流电流”。带电介质或介质中的带电部分在空间运动所形成的电流。是指电荷在不导电的空间,如真空或极稀薄气体中的有规则运动所形成的电流。

真空电子管中由阴极发射到阳极的电子流,带电的运动着的雷云运动所形成的电流都是运流电流。相对于观察者以速度v运动的电荷元ρdV(ρ为电荷的体密度,dV为体积元)形成的运流电流密度为ρvdV。

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