位移電流
編輯在電磁學中,位移電流密度是出現在麥克斯韋方程組中的量 ?D/?t,它根據電位移場 D 的變化率定義。 位移電流密度與電流密度的單位相同,與實際電流一樣是磁場的來源。 然而,它不是移動電荷的電流,而是時變電場。 在物理材料中(與真空相反),原子中電荷的輕微運動也有貢獻,稱為介電極化。
位移電流項現在被視為完成麥克斯韋方程組的重要補充,并且是解釋許多現象所必需的,尤其是電磁波的存在。
說明
編輯在哪里:
- ε0為自由空間的介電常數;
- E為電場強度; 和
- P 是介質的偏振。
對這個方程對時間進行微分定義了位移電流密度,因此它在電介質中有兩個分量:(另請參見文章電流密度的位移電流部分)
右邊的xxx項存在于物質媒體和自由空間中。 它不一定來自任何實際的電荷運動,但它確實有一個相關的磁場,就像電流由于電荷運動而產生的一樣。 一些作者將名稱位移電流單獨應用于xxx項。
右側的第二項稱為極化電流密度,來自介電材料單個分子的極化變化。 當在外加電場的影響下,分子中的電荷從完全抵消的位置移動時,就會產生極化。 分子中的正電荷和負電荷分開,導致極化狀態 P 增加。極化狀態的變化對應于電荷運動,因此相當于電流,因此稱為極化電流。
這種極化是麥克斯韋最初設想的位移電流。 麥克斯韋沒有對真空做任何特殊處理,把它當作一種物質介質。 對于麥克斯韋,P 的作用只是改變關系式 D = ε0εr E 中的相對介電常數 εr。
位移電流的現代合理性解釋如下。
各向同性電介質情況
對于非常簡單的介電材料,
- ε0,自由空間的介電常數,或電常數; 和
- εr,電介質的相對介電常數。
在上面的等式中,ε 的使用說明了介電材料的極化(如果有的話)。
位移電流的標量值也可以用電通量
標量 ε 的形式僅適用于線性各向同性材料。 對于線性非各向同性材料,ε 變為矩陣; 甚至更一般地,ε 可以用張量代替,張量可能取決于電場本身,或者可能表現出頻率依賴性(因此產生色散)。
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