位移电流和传导电流

　　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

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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)