Prąd przesunięcia – Wikipedia, wolna encyklopedia.pdf

(192 KB) Pobierz
10/10/2019
Prąd przesunięcia – Wikipedia, wolna encyklopedia
Prąd przesunięcia
Prąd przesunięcia
– wielkość fizyczna o wymiarze prądu elektrycznego zależna od szybkości zmian natężenia pola
elektrycznego w dielektryku. W przeciwieństwie do prądu elektrycznego nie polega on na przepływie ładunków, jednak
pomimo tego również wywołuje wirowe pole magnetyczne. Pojęcie prądu przesunięcia wprowadził w 1865 James Clerk
Maxwell uogólniając prawo Ampère’a na prądy zmienne, tworząc w ten sposób jedno z równań nazywanych obecnie
równaniami Maxwella. Dla odróżnienia prądu przesunięcia od prądu polegającego na ruchu ładunków, ten drugi
nazywany jest
prądem przewodzenia.
Nazwa pochodzi od dawnej nazwy indukcji magnetycznej – przesunięcia. Stąd nazwę tę można rozumieć jako „prąd
indukcji magnetycznej”.
Spis treści
Analiza
Zgodność matematyczna
Interpretacja
Bibliografia
Analiza
Gęstość
prądu przesunięcia
jest zdefiniowana jako szybkość zmiany indukcji elektrycznej
D:
ponieważ
D
=
εE,
gdzie przenikalność elektryczna
ε
=
ε
0
ε
r
,
ε
r
– względna przenikalność elektryczna dielektryka,
ε
0
– przenikalność elektryczna próżni (8,854·10
−12
F·m
−1
).
Wartość skalarną prądu przesunięcia można przedstawić za pomocą strumienia elektrycznego:
Użycie przenikalności ε jako wartości skalarnej jest poprawne jedynie dla liniowych ośrodków izotropowych. W
liniowych ośrodkach anizotropowych ε jest tensorem. Liniowość ośrodka oznacza, że wartość współczynnika ε nie
zależy od natężenia pola elektrycznego.
Analizując szczegółowo zjawisko indukcji elektrycznej w dielektryku należy wprowadzić pojęcie polaryzacji
P:
gdzie
jest bezwymiarowa wielkością zwaną podatnością elektryczną dielektryka. Można zauważyć zależność:
1/3
https://pl.wikipedia.org/wiki/Prąd_przesunięcia
10/10/2019
Prąd przesunięcia – Wikipedia, wolna encyklopedia
Indukcję elektryczną definiujemy jako:
Różniczkując tę zależność otrzymuje się wyrażenie na gęstość prądu przesunięcia będące sumą dwóch składników:
Pierwszy składnik dotyczy całej otaczającej nas przestrzeni; nie ma związku z ruchem ładunków, ale mimo to posiada
skojarzone pole magnetyczne, tak jak „zwykły” prąd. Drugi składnik jest wywołany zmianą polaryzacji pojedynczych
molekuł-dipoli, które wobec braku możliwości przemieszczania się w dielektryku, obracają się wokół własnej osi
wywołując prąd polaryzacji.
Zgodność matematyczna
Przed powstaniem prac Maxwella uważano, że pole magnetyczne jest generowanie wyłącznie przez przepływ ładunków
elektrycznych (oraz oczywiście przez ciała namagnetyzowane). Zjawisko to opisuje matematycznie prawo Ampère’a.
Wiadomo było również, że ładunek elektryczny nie może być wytworzony lub zniszczony – zasadę tę wyraża prawo
zachowania ładunku oraz równanie ciągłości. Jednak konfrontacja obu tych praw prowadziła do absurdalnych
wniosków:
(prawo Ampère’a w pierwotnej postaci i wynik poddania
go obustronnej dywergencji)
(prawo zachowania ładunku)
z czego wynika:
co oznaczałoby, że ładunek elektryczny w danym miejscu jest zawsze stały.
Maxwell zauważył, że zmodyfikowanie prawa Ampera poprzez dodanie do niego wyrażenia na prąd przesunięcia
umożliwi wyjaśnienie za pomocą prawa Gaussa faktu generowania pola magnetycznego zarówno przez prąd
przewodzenia, jak i prąd przesunięcia.
Interpretacja
Istnienie pradu przesunięcia możemy zaobserwować np. podczas ładowania kondensatora. Po podpięciu go do źródła
zasilania następuje przepływ ładunków elektrycznych do pierwszej okładki kondensatora. Zgromadzone na niej
ładunki odpychają ładunki tego samego znaku na drugiej okładce; odpływają one drugim przewodem do źródła
zasilania. Mówimy że przez kondensator płynie prąd ładowania. Widzimy jednocześnie, że obwód nie jest zamknięty –
między okładkami kondensatora znajduje się nieprzewodzący dielektryk, stanowiący przerwę w obwodzie. Pomimo to
prąd przepływa – można to więc było potraktować jako dowód na istnienie prądu, który nie potrzebuje do przepływu
przewodnika. Tak też postąpił Maxwell interpretując prąd przesunięcia jako rzeczywisty ruch ładunków, nawet w
https://pl.wikipedia.org/wiki/Prąd_przesunięcia
2/3
10/10/2019
Prąd przesunięcia – Wikipedia, wolna encyklopedia
próżni. Sądził, że odpowiada za niego ruch dipoli w eterze. Interpretacja ta została odrzucona, jednakże poprawka,
którą wprowadził do prawa Ampera nadal obowiązuje – zmienne pole elektryczne wywołuje zmienne pole
magnetyczne. Zachowała się również historyczna nazwa tego zjawiska.
Wprowadzenie prądu przesunięcia umożliwiło Maxwellowi udowodnienie, że fale elektromagnetyczne poruszają się z
prędkością światła, a więc także wykazanie, że światło jest falą elektromagnetyczną.
Obecnie wiadomo, że prąd przesunięcia w próżni nie ma związku z ruchem ładunku (ani z przepływem, ani z ruchem
dipoli wokół własnej osi). Jest to po prostu wielkość zdefiniowana jako szybkość zmian pola elektrycznego, ze
związanym z nią polem magnetycznym. Współczesna koncepcja prądu przesunięcia odnosi się więc tylko do faktu
związku pola magnetycznego ze zmiennym polem elektrycznym.
Bibliografia
Jay Orear:
Fizyka.
Wyd. 6. T. 2. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1998. ISBN 83-204-2451-8.
Andrzej Januszajtis:
Fizyka dla politechnik.
Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1982. ISBN 83-01-
01665-5.
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Prąd_przesunięcia&oldid=53686514”
Tę stronę ostatnio edytowano 11 cze 2018, 12:45.
Tekst udostępniany na licencji Creative Commons: uznanie
autorstwa, na tych samych warunkach (http:https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.pl), z możliwością
obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Zobacz szczegółowe informacje o warunkach korzystania
(http:https://foundation.wikimedia.org/wiki/Warunki_korzystania).
https://pl.wikipedia.org/wiki/Prąd_przesunięcia
3/3

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin