Струм зміщення
Повернемося ще раз до причини виникнення магнітного поля. Ми говорили про те, що причиною виникнення магнетизму є рух електричних зарядів. А що ж відбувається у випадку розімкненого електричного кола, коли відсутній сам провідник (наявність конденсатора означає по суті розрив кола)? Як пояснити наявність змінного струму в такому колі?
Мал. 2.39.
Фізичне пояснення дав видатний фізик Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879 рр). Це пояснення базується на понятті струмів зміщення, які є свого роду продовженням звичних струмів провідності. Максвелл припустив, що магнітне поле може збуджуватись не тільки електричним струмом, а й змінним електричним полем.
Знайдемо вираз для сили струму зміщення. Для цього розглянемо проходження змінного струму по колу, в яке увімкнений конденсатор (мал. 2.39). Конденсатор не перешкоджає протіканню змінного струму і можна вважати, що звичайний струм провідності 
замикається в конденсаторі струмом зміщення 
Заряд на обкладках плоского конденсатора
Тоді сила струму зміщення в конденсаторі
а густина струму зміщення 
(2.81)
або, враховуючи зв'язок між векторами напруженності Е й індукції електричного поля (2.3),
(2.82)
Отже, густина струму зміщення дорівнює швидкості зміни з часом індукції електричного поля. Із (2.81) випливає, що вектор 
направлений в той самий бік, що й 
Тобто, якщо конденсатор заряджається 
то вектори 
мають однаковий напрям, якщо ж 
то
вектори 
протилежні за напрямом.
Пригадаємо, що у діелектрику вектор індукції електричного поля пов'язаний з векторами напруженості і 
і поляризації Р співвідношенням
Тоді густина струму зміщення в діелектрику складається з двох доданків:
(2.83)
Перший доданок має місце і у вакуумі, другий доданок характеризує зміщення електричних зарядів у діелектрику, яке й зумовлює нагрівання діелектрика.
Найголовніша властивість струму зміщення полягає в тому, що він, як і струм провідності, створює вихрове магнітне поле.
Струм зміщення виникає завжди, коли змінюється з часом електричне поле. Він може бути і в провідниках, і в діелектриках, і в вакуумі. Густина повного струму дорівнює сумі густин струмів провідності і зміщення:
(2.84)
Залежно від електропровідності середовища і швидкості зміни поля (частоти) доданки в рівнянні (2.84) відіграють різну роль. Припустимо, що напруженість поля змінюється за гармонічним законом 
тоді густина струму зміщення: 
густина струму провідності 
Відношення максимальних (амплітудних) значень густини струму провідності та зміщення: 
Для біологічних тканин 
при частотах, близьких до 
Гц, амплітудні значення цих струмів є величинами одного порядку. Із збільшенням частоти електромагнітних коливань зростає вклад струму зміщення в повний струм.
Проходження струму зміщення в різних середовищах супроводжується виділенням теплоти, яка може бути розрахована за законом Джоуля-Ленца (2.41):
(2.85)
Якщо напруженість поля змінюється за гармонічним законом 
Тобто
(2.86)
У випадку однорідного діелектрика кількість теплоти може бути розрахована за формулою:
(2.87)
де 
- кут між вектором напруженості Е та вектором поляризації Р, його називають кутом діелектричних втрат, а 
-деякий сталий коефіцієнт.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 951;