位移電流

位移電流是電位移矢量隨時間的變化率對曲面的積分。英國物理學家麥克斯韋首先提出這種變化會產生磁場的假設，並稱其為“位移電流”。但位移電流只表示電場的變化率，與傳導電流不同，它不產生熱效應、化學效應等。

繼電磁感應現象發現之後，麥克斯韋的這一假設更加深入一步揭示了電現象與磁現象之間的聯繫。位移電流是建立麥克斯韋方程組的一個重要依據。註：位移電流不是電荷作定向運動的電流，但它引起的變化磁場，與傳導電流引起的變化磁場等效。

基本介紹

• 中文名：位移電流
• 外文名：displacement current
• 提出者：麥克斯韋(J.Maxwell)
• 適用學科：物理學
• 適用領域：電磁學

定義

在電磁學里，位移電流 （displacement current） 定義為電位移通量對於時間的變化率：

位移電流的單位與電流的單位相同，在SI單位制中單位為安[培]。如同真實的電流，位移電流也會產生磁場。但是，位移電流並不是移動的電荷所形成的電流；而是電位移通量對於時間的偏導數，故它不具有傳導電流所具有的其它效應，如焦耳熱效應和化學效應。

考慮到上式的求導和積分順序可以交換，上式也可被改寫為

式中的 稱位移電流密度。

位移電流是指穿過某曲面的電位移通量φD的時間變化率。這是麥克斯韋(1861～1862年)首先引出的一個概念。因為ΦD=ΦsD·ds，所以位移電流又可表示為i位= 。式中 稱為位移電流密度矢量j位= 這樣，位移電流等於曲面上位移電流密度的面積分。又因D=ε₀E+P，E為電場強度矢量，P為該點的極化強度矢量，則位移電流密度j位=_ε0 為介質極化強度隨時間的變化率，它與極化電荷的移動相聯繫。在真空中這一項等於零，這時j位=ε0，它與電場強度隨時間的變化率相聯繫，是位移電流的基本組成部分。這個基本部分與電荷的運動無關，本質上是隨時間變化的電場。麥克斯韋認為位移電流以與傳導電流相同的方式激發磁場。亦即變化著的電場在其周圍空間激發磁場。這樣，磁場可由傳導電流激發，也可由變化的電場激發，這一假說是產生電磁波的必要條件之一。而在實驗驗證了電磁波的存在之後，這一假說就上升成為電磁理論的基本組成之一。真空中的位移電流，只相當於電場強度隨時間的變化，不伴有電荷或任何別的實體的任何運動。即使在介質中，位移電流也不產生化學效應和焦爾熱。

定義起源

於1861年，詹姆斯·麥克斯韋發表了一篇論文《論物理力線》，提出位移電流的概念。在這篇論文內，他將位移電流項加入了磁場的安培定律。修改後的定律，現今稱為麥克斯韋-安培方程。

在麥克斯韋的 1864 年論文《電磁場的動力學理論》內，他用這麥克斯韋-安培方程推導出電磁波方程。由於這導引將電學、磁學和光學聯結成一個統一理論，這創舉已被物理學術界公認為物理學史的重大里程碑。位移電流對於電磁波的存在而言是基本的條件。

位移電流也可以描述成：電容器充電時，極板間變化的電場變化可被視為等效電流。

注意問題

位移電流與傳導電流兩者相比，唯一共同點僅在於都可以在空間激發磁場，但二者本質是不同的：

(1)位移電流的本質是變化著的電場，而傳導電流則是自由電荷的定向運動；

(2)傳導電流在通過導體時會產生焦耳熱，而位移電流則不會產生焦耳熱；位移電流也不會產生化學效應。

(3)位移電流也即變化著的電場可以存在於真空、導體、電介質中，而傳導電流只能存在於導體中

(4)位移電流的磁效應服從安培環路定理。