变化的电场位移电流
位移电流密度计算公式
位移电流密度计算公式
J等于I/S
位移电流密度是指：电场中某点的位移电流密度等于该点的电位移矢量对时间的变化率。
所谓位移电流是电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分。
英国物理学家麦克斯韦首先提出这种变化会产生磁场的假设，并称其为位移电流。
科学上把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流，电流符号为I，单位是安培，简称安，并且导体中的自由电荷在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。
位移电流图解
位移电流图解位移电流是指在电路中由于电容器的存在而引起的电流。
当电压的变化率很高时，电场也会发生相应的变化，这时就会出现位移电流。
虽然位移电流通常非常小，但它的产生却是电容器的本质特性之一。
位移电流的形成是由电场的变化引起的。
当电压的变化率很高时，电场的分布也会随之发生变化。
在电容器的正极和负极之间存在着间隙，而电场的变化会导致正负极之间的间隙发生拉伸和压缩。
而在这个过程中，位移电流就产生了。
为了更好地理解位移电流，我们可以通过图解来进行解释。
假设有一个由平行金属板构成的电容器，金属板之间有间隙。
当我们将这个电容器连接到一个交流电源上时，电压就会交替地正负变化。
在正电压时，电场从正极到负极的方向，而在负电压时，电场则相反。
当电场方向发生变化时，电容器的间隙也会跟着发生变化。
在正电压时，间隙会被拉开，而在负电压时，间隙又会被压缩。
这样，间隙的变化就会形成一个类似于流动的电流。
虽然这个电流并不是由运动的电子带来的，而是由电场变化引起的位移电流。
位移电流的方向始终与电场的变化方向相反。
如果我们将这个过程用图解来表示，就可以更清晰地看到位移电流的形成过程。
在图中，我们可以将电场的方向表示为箭头，箭头的长度表示电场的强度，箭头的变化方向表示电场的变化方向。
当电压从正向变为负向时，箭头的方向也相应变化。
这时，间隙会被压缩，而位移电流的方向则与箭头的方向相反。
当电压再次从负向变为正向时，箭头的方向也随之变化，这时间隙会被拉开，位移电流的方向仍与箭头的方向相反。
通过这样的图解，我们可以更加清晰地理解位移电流的本质。
尽管位移电流很小，我们在设计和分析电路时仍然需要考虑到它的存在。
在高频电路中，位移电流的影响会更加显著，因此需要进行相应的补偿和调节。
虽然本文没有涉及政治问题，但位移电流作为电容器的本质特性之一，在电路设计和分析中有着重要的作用。
通过图解的方式，我们能够更好地理解位移电流的形成过程，为我们深入研究电容器和电路提供了一定的参考。
电磁场理论中的电场强度与位移电流
电磁场理论中的电场强度与位移电流电磁场理论是现代物理学中的重要分支，它研究了电磁场的性质和相互作用。
其中，电场强度和位移电流是电磁场中的两个重要概念。
本文将从电场强度和位移电流的定义、性质以及它们在电磁场理论中的应用等方面进行探讨。
首先，我们来了解一下电场强度的概念。
电场强度是描述电场中电荷受力情况的物理量，用E表示。
在电磁场理论中，电场强度与电荷之间的关系可以通过库仑定律来描述。
库仑定律指出，两个电荷之间的作用力与它们之间的距离成反比，与电荷的大小成正比。
而电场强度E则定义为单位正电荷所受的力，因此可以表示为E = F/q，其中F为电荷所受的力，q为电荷的大小。
电场强度具有一些重要的性质。
首先，电场强度是一个矢量量，具有方向和大小。
它的方向与电荷所受的力的方向相同，即沿着正电荷指向负电荷的方向。
其次，电场强度随着距离的增加而减小，符合反比关系。
最后，电场强度可以叠加，即当存在多个电荷时，它们所产生的电场强度可以简单相加。
接下来，我们来介绍一下位移电流的概念。
位移电流是电磁场理论中的一个重要概念，它与电场强度有密切的关系。
位移电流是由于电场变化引起的一种电流，它的存在是为了满足安培定律。
根据安培定律，电流的变化率与电场强度的空间变化率成正比。
而位移电流则是电场强度的空间变化率乘以介质的电导率，用Jd表示。
位移电流具有一些独特的性质。
首先，位移电流的方向与电场强度的变化方向相反。
其次，位移电流的大小与电场强度的空间变化率成正比，也与介质的电导率有关。
最后，位移电流在电磁场中的存在对电磁波的传播具有重要意义，它是电磁波传播的基础。
电场强度和位移电流在电磁场理论中有着广泛的应用。
首先，它们是研究电磁场中电荷受力和电流分布的重要工具。
通过电场强度和位移电流的计算，可以得到电荷所受的力和电流的分布情况，从而进一步研究电磁场中的能量传输和电磁波的传播。
其次，电场强度和位移电流也是电磁波的产生和传播的基础。
在电磁波的传播过程中，电场强度和位移电流不断变化，从而形成电磁波的传播。
电磁场与电磁波期末复习知识点归纳
标量场:梯度描述
静态场(稳态场):不随t变
场
场 矢量场:散度和旋度描述 时变场：随t变化
单位矢量：模为1的矢量
与矢量 A同方向的单位矢量：
eA
Aˆ
A A
A eAA
坐标单位矢量：与坐标轴正向同方向的单位矢量
如：ex
ey
ez或者xˆ
yˆ
zˆ
A Axex Ayey Azez
◇ 唯一性定理的意义：是间接求解边值问题的理论依据。
● 镜像法求解电位问题的理论依据是“唯一性定理”。
点电荷对无限大接地导体平面的镜像
z
r1
P
q h
r r2 介质
x
h
介质
q
点电荷对接地导体球面的镜像。
P
r
a
r2
o θ q d’
d
r1 q
q a q, d
d a2 d
第4章 时变电磁场
nˆ B1 B2 0
nˆ H1 H2 0
第三章 静态电磁场及其边值问题的解
静电场中: E 0
E(r) (r )
静磁场：B A
已知电位表达式可以用E(r) (r )求场强E
已知电场强度也可以求电位（P）
等于边界电流面密度。
1、E1t E2t
nˆ (E1 E2 ) 0
2、B1n B2n
3、D1n D2n s
nˆ B1 B2 0 nˆ (D1 D2 ) s
4、H1t H2t Js
nˆ H1 H2 Js
麦克斯韦的两个假设
麦克斯韦的两个假设是感生电场假说和位移电流假说。
- 感生电场假说：麦克斯韦提出，变化的磁场可以产生电场，这种由磁场变化产生的电场被称为感生电场。
这个假设解释了在没有自由电荷的情况下，如何通过变化的磁场来产生电场。
- 位移电流假说：麦克斯韦还提出，变化的电场可以被视为一种电流，即位移电流。
这种电流与传导电流不同，它不涉及电荷的物理移动，而是电场强度的变化所产生的电流。
位移电流也能激发磁场，这一点与传统的传导电流激发磁场的方式相似。
这两个假设是麦克斯韦方程组的基础，它们将电场和磁场的变化联系起来，形成了一个完整的电磁理论体系。
麦克斯韦方程组不仅描述了电场和磁场如何由电荷和电流产生，还描述了在没有电荷和电流时电场和磁场的自由演化。
位移电流与麦克斯韦方程组
电磁屏蔽技术中的应用
电磁屏蔽
位移电流在电磁屏蔽技术中发挥 了重要作用，通过抑制电磁波的 传播，保护电子设备和人身安全。
电磁波吸收
位移电流能够吸收和散射电磁波， 降低电磁辐射对周围环境和人体 的影响。
电磁波防护
位移电流还可以用于电磁波防护， 通过降低电磁波的强度和频率， 减少电磁辐射对电子设备的干扰 和损伤。
VS
详细描述
麦克斯韦第二方程基于安培定律，指出变 化的磁场会产生电场。该方程进一步揭示 了电场和磁场之间的动态关系，是电磁波 传播的基础。
麦克斯韦第三方程的推导
总结词
描述了电场与磁场在时间上的关系， 以及它们在空间中的传播特性。
详细描述
麦克斯韦第三方程表述了电场和磁场 在时间上的变化关系，以及它们在空 间中的传播速度等于光速。这个方程 揭示了光作为电磁波的本质。
位移电流与麦克斯韦方程组
$number {01}
目 录
• 位移电流的概念 • 麦克斯韦方程组的推导 • 位移电流的应用 • 麦克斯韦方程组的物理意义 • 位移电流与现代科技
01
位移电流的概念
位移电流的定义
位移电流是指电场变化时，电介质中 电场产生的电流。
它与传导电流不同，位移电流不是由 电荷的运动产生的，而是由电场的变 化产生的。
电磁波的传播不需要介质，可以在真 空中传播，这是由于电磁波是横波， 其传播依赖于空间的周期性变化，而 不是依赖于介质。
电场与磁场的相互转化
01
麦克斯韦方程组揭示了 电场和磁场之间的相互
转化关系。
02
当电场变化时，会产生 磁场；同样地，当磁场 变化时，也会产生电场
。
03
这种相互转化关系是电 磁波产生和传播的基础 ，也是电场和磁场内在
工程电磁场深刻复知识题
一 填空题1. 麦克斯韦方程组的微分形式是： 、 、 和 。
2. 静电场的基本方程为： 、 。
3. 恒定电场的基本方程为： 、 。
4. 恒定磁场的基本方程为： 、 。
5. 理 想导体（媒质2）与空气（媒质1）分界面上，电磁场边界条件为： 、 、和 。
6. 线性且各向同性媒质的本构关系方程是： 、 、 。
7. 电流连续性方程的微分形式为： 。
8. 引入电位函数ϕ是根据静电场的 特性。
9. 引入矢量磁位A是根据磁场的 特性。
10. 在两种不同电介质的分界面上，用电位函数ϕ表示的边界条件为： 、 。
11. 电场强度E 的单位是 ，电位移D 的单位是 ；磁感应强度B的单位是 ，磁场强度H的单位是 。
12. 静场问题中，E 与ϕ的微分关系为： ，E与ϕ的积分关系为： 。
13. 在自由空间中，点电荷产生的电场强度与其电荷量q 成 比，与观察点到电荷所在点的距离平方成比。
14. XOY 平面是两种电介质的分界面，分界面上方电位移矢量为z y x e e e D0001255025εεε++= C/m 2，相对介电常数为2，分界面下方相对介电常数为5，则分界面下方z 方向电场强度为__________，分界面下方z 方向的电位移矢量为_______________。
15. 静电场中电场强度z y x e e e E432++=，则电位ϕ沿122333x y z l e e e =++的方向导数为_______________，点A （1，2，3）和B （2，2，3）之间的电位差AB U =__________________。
16. 两个电容器1C 和2C 各充以电荷1Q 和2Q ，且两电容器电压不相等，移去电源后将两电容器并联，总的电容器储存能量为 ，并联前后能量是否变化 。
17. 一无限长矩形接地导体槽，在导体槽中心位置有一电位为U 的无限长圆柱导体，如图所示。
由于对称性，矩形槽与圆柱导体所围区域内电场分布的计算可归结为图中边界1Γ、2Γ、3Γ、4Γ和5Γ所围区域Ω内的电场计算。
解释传导电流和位移电流产生的物理本质
解释传导电流和位移电流产生的物理本质
电流是由电荷在某一时间内以恒定速度流动的运动。
电荷的移动
是由电场的影响而发生的。
电场是由电场强度和电动势所决定的，在
特定的地方而产生电流。
两种电流形式通常被使用：导电电流和位移
电流。
导电电流是电荷移动时在一个体系中传输的。
这种电流是由零件
中的电子的流动而形成的，它们的移动是反应电场的影响，并且是有
两个方向的，有正方向移动的电子和反方向移动的电子。
这种电流的
物理本质是由电子的穿越芯片和元件或者芯片之间的连接点的穿越来
形成的，有时可以认为是实际的电子流，但是通过积累和减弱在这一
流动的过程中，电流不会改变。
位移电流是由于振荡物体在一个空间中经常转动之后而产生的。
这种电流是由振荡物体移动而形成的，在强烈的电场下，物体会受到
排斥力的影响从而经常转动。
由于物体的转动而对电磁场造成的局部
变化，从而产生储能机制，这种机制会在物体移动的过程中储存一定
量的能量，当能量到达一定程度时，能量就可以转化为电流，从而产
生位移电流。
总而言之，导电电流和位移电流都是电荷移动时形成的电流，但
是其产生的物理本质却不同。
导电电流是由电子在零件中流动造成的，而位移电流则是由振荡物体在一个空间中经常转动而产生的。
变化的电磁场之匀速直线运动的电荷产生的位移电流和磁场
推导的磁感应强度与毕奥-萨伐尔定律推导的结果相同。
取圆的边界作为回路，回路上磁 场大小都相同，根据全电流定律
ID
q 2
(z2
a2v a2 )3/2
L1
H
ds
I
I
由于传导电流I = 0，可得位移电 D流与磁场强度的关系H2πa = ID，
磁感应 强度为
B
0 H
0qv
4π
(z2
a a2 )3/ 2
ID
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
d D
dt
q [ 2
z2 a2 (v) z2 (v) / z2 a2
位移电流与距离
和圆的半径有关。
z2 a2 ]
{范例12.8} 匀速直线运动的电荷产生的
位移电流和磁场
如图所示，点电荷q以速度v向O点运动，电荷到O点的距离为 z。以O点为圆心作一半径为a的圆，圆面与v垂直，试计算通
过此圆面的电位移通量和位移电流。证明：根据全电流定律
{范例12.8} 匀速直线运动的电荷产生的 位移电流和磁场
如图所示，点电荷q以速度v向O点运动，电荷到O点的距离为 z。以O点为圆心作一半径为a的圆，圆面与v垂直，试计算通 过此圆面的电位移通量和位移电流。证明：根据全电流定律 推导的磁感应强度与毕奥-萨伐尔定律推导的结果相同。
E
q
2 0
( |
z z|
v q
θ φz
r
aO Rz
根据毕奥-萨伐尔定律可 得运动电荷的磁感应强度
B
04qπvr3根r 据位移电流和毕奥-萨E
大小为 B 0qv sin 0qva 伐尔定律求得运动电荷的
4πr 2
4πr 3
磁感应强度完全相同。
材料科学基础 位移电流
材料科学基础位移电流一、什么是位移电流?位移电流是指当电场的强度变化时，产生的电流现象。
当电场发生变化时，电场中的自由电子和空穴受到力的作用，发生位移，并形成位移电流。
二、位移电流的产生原理位移电流的产生主要基于电场的变化。
当电场强度发生变化时，电场中的电子和空穴会发生位移，这种位移现象就产生了位移电流。
具体的产生原理是：1.电场中的自由电子和空穴受到电场力的作用，产生位移；2.位移过程中，自由电子会移动到正极，而空穴则移动到负极；3.这种电荷的移动形成了一个闭合回路，从而产生了位移电流。
三、位移电流的特性位移电流有一些特性和规律，包括：1. 与电场变化速率成正比位移电流的大小与电场的变化速率成正比。
即当电场的变化速率增大时，位移电流也会增大；反之，当电场的变化速率减小时，位移电流也会减小。
2. 不与电阻有直接关系位移电流不与电阻有直接关系，即位移电流不会因为电阻的存在而减小。
这是因为位移电流的产生不依赖于电子的碰撞和流动，而是与电场的变化相关。
3. 同方向性位移电流的方向与电场变化的方向相同。
当电场的强度增加时，位移电流的方向是从正极到负极；当电场的强度减小时，位移电流的方向是从负极到正极。
4. 无能量损耗位移电流不伴随能量损耗。
由于位移电流的产生不需要电子的碰撞和流动，因此不会产生热量和能量损耗。
四、位移电流的应用位移电流在许多领域都有广泛的应用，包括：1. 电容器的充放电过程在电容器的充放电过程中，由于电场的变化，会产生位移电流。
这种位移电流会影响电容器的充放电速度和效果。
2. 电磁感应现象当导体中的磁通发生变化时，会产生涡流，从而产生位移电流。
这种位移电流是电磁感应现象的重要表现。
3. 电磁波的传播在电磁波传播过程中，电场和磁场的变化会产生位移电流。
这种位移电流是电磁波传播的重要因素之一。
4. 电场强度的测量位移电流可以用于测量电场强度的变化。
通过测量位移电流的大小，可以得到电场强度的信息，从而实现对电场的测量和分析。
位移电流和传导电流的异同点
位移电流和传导电流的异同点在电学的世界里，电流就像是我们日常生活中的水流，流动的东西总是能引起我们的注意。
不过，电流并不是单一的存在，它有很多种类，其中位移电流和传导电流就是两个重要的“水流”。
今天咱们就来聊聊它们之间的异同，顺便让这电流的故事活色生香。
1. 基本概念1.1 传导电流先说说传导电流吧，这个名字一听就知道和“导电”有关系。
传导电流就是我们常说的在导体中流动的电流，比如说你插上电源，电流在电线中像小鱼一样游来游去，这就是传导电流的活生生的体现。
它是由自由电子在金属导体中的运动造成的，可以说是电流的“老大哥”，走到哪儿都能引起一阵轰动。
1.2 位移电流再来看位移电流，这个名字有点高大上，对吧？它其实是由电场变化引起的电流。
这种电流不依赖于实际的电荷流动，而是依赖于电场的变化，就好比在水面上打了一下，虽然水没流动，但波纹却一圈一圈地扩散开来。
简单来说，位移电流是电场变化“传递”到另一处的结果，常常在电容器等设备中出现，感觉就像是个隐形的力量。
2. 相同点2.1 物理现象虽然它们的成因不同，但位移电流和传导电流在本质上都是电流，都是带有能量的东西，可以用来做功。
就像冰淇淋和蛋糕，虽然味道和形态不一样，但都是甜甜的美味。
在同一个电路中，它们可以相互转化，共同为我们服务。
2.2 电路作用再来谈谈它们在电路中的作用。
无论是传导电流还是位移电流，都是电路工作不可或缺的一部分。
在一些复杂的电路中，特别是那些含有电容器的电路，位移电流起着非常重要的作用，帮助电路更高效地传输信号。
所以说，它们都是电路这个大家庭里不可或缺的成员。
3. 不同点3.1 流动方式接下来就是两者最明显的不同之处了。
传导电流是通过导体里的自由电子流动来传递电能，而位移电流则是通过电场的变化来实现的。
可以想象一下，传导电流就像是在宽阔的河流中，水流汹涌澎湃；而位移电流就像是微风拂过，虽然没见到水流动，但感觉到的波动却是很明显的。
3.2 存在条件还有一点值得一提，传导电流需要导体的存在，没有导体电流就无法流动；而位移电流在电场变化的条件下可以存在，即使没有导体，电场的变化也能让它悄然产生。
位移电流与电场强度的关系
位移电流与电场强度的关系
位移电流是一种特殊的电流，它是由于电场的变化而产生的电流。
在电场强度发生变化时，电场中的电荷会发生位移，从而产生位移电流。
位移电流的产生与电场强度的变化密切相关，下面我们来探讨一下位移电流与电场强度的关系。
我们需要了解一下电场强度的概念。
电场强度是指单位电荷在电场中所受到的力的大小，通常用符号E表示。
电场强度的大小与电荷的分布、电场中的介质等因素有关。
当电场强度发生变化时，电场中的电荷会发生位移，从而产生位移电流。
位移电流的大小与电场强度的变化率成正比，即位移电流的大小与电场强度的导数成正比。
这个关系可以用下面的公式表示：Jd = ε0 * dE/dt
其中，Jd表示位移电流的密度，ε0表示真空中的介电常数，dE/dt 表示电场强度的变化率。
从这个公式可以看出，当电场强度的变化率越大时，位移电流的密度也就越大。
因此，当电场强度发生急剧变化时，位移电流的密度也会很大。
这也是为什么在高频电路中，位移电流会成为主要的电流形式之一。
需要注意的是，位移电流与传统的电流不同，它并不是由电子的移
动产生的。
因此，位移电流不会产生热效应，也不会在导体中产生电压降。
这使得位移电流在一些特殊的应用中具有很大的优势。
位移电流与电场强度的关系是密不可分的。
当电场强度发生变化时，位移电流就会产生。
因此，在电磁学和电路设计中，我们需要充分考虑位移电流的影响，以便更好地理解和应用电场的特性。
电磁场与电磁波第四版课后思考题
《电磁场与电磁波理论》思考题第1章思考题什么是标量什么是矢量什么是矢量的分量什么是单位矢量什么是矢量的单位矢量什么是位置矢量或矢径直角坐标系中场点和源点之间的距离矢量是如何表示的什么是右手法则或右手螺旋法则若两个矢量相互垂直，则它们的标量积应等于什么矢量积又如何若两个矢量相互平行，则它们的矢量积应等于什么标量积又如何若两个非零矢量的标量积等于零，则两个矢量应垂直还是平行若两个非零矢量的矢量积等于零，则两个矢量应垂直还是平行直角坐标系中矢量的标量积和矢量积如何计算什么是场什么是标量场什么是矢量场什么是静态场或恒定场什么是时变场什么是等值面它的特点有那些什么是矢量线它的特点有那些哈密顿算子为什么称为矢量微分算子标量函数的梯度的定义是什么物理意义是什么什么是通量什么是环量矢量函数的散度的定义是什么物理意义是什么矢量函数的旋度的定义是什么物理意义是什么什么是拉普拉斯算子标量和矢量的拉普拉斯运算分别是如何定义的直角坐标系中梯度、散度、旋度和拉普拉斯算子在的表示式是怎样的三个重要的矢量恒等式是怎样的什么是无源场什么是无旋场为什么任何一个梯度场必为无旋场为什么任何一个无旋场必为有位场为什么任何一个旋度场必为无源场为什么任何一个无源场必为旋度场高斯散度定理和斯托克斯定理的表示式和意义是什么什么是矢量的唯一性定理在无限大空间中是否存在既无源又无旋的场为什么直角坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的圆柱坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的球面坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的点电荷的严格定义是什么点电荷是电荷分布的一种极限情况，可将它看做一个体积很小而电荷密度很的带电小球的极限。
当带电体的尺寸远小于观察点至带电体的距离时，带电体的形状及其在的电荷分布已无关紧要。
就可将带电体所带电荷看成集中在带电体的中心上。
即将带电体抽离为一个几何点模型，称为点电荷。
研究宏观电磁场时，常用到哪几种电荷的分布模型有哪几种电流分布模型他们是如何定义的常用的电荷分布模型有体电荷、面电荷、线电荷和点电荷；常用的电流分布模型有体电流模型、面电流模型和线电流模型，他们是根据电荷和电流的密度分布来定义的。
经济法 位移电流
经济法位移电流一、什么是位移电流？1.1 位移电流的定义位移电流是指在绝缘材料中，由于电场的变化而产生的电流。
它是由电场引起的电子的位移造成的，并不需要实际的电子流动。
位移电流是一种微小的电流，常常出现在高压设备的绝缘材料中。
1.2 位移电流的形成原理当绝缘材料中存在电场变化时，电子受到电场力的作用会产生位移，使电子在原子中发生微小的振动。
这些振动会导致电子与原子发生碰撞，从而引起局部电子能级的变化。
当电场变化足够快时，这种局部能级的变化将导致电子在不同区域的分布发生变化，进而导致位移电流的产生。
1.3 位移电流与传导电流的区别位移电流与传导电流是电流的两种不同形式。
传导电流是指电子在导体中的传导和漂移，是由电子的实际流动所引起的；而位移电流则是绝缘材料中没有真实的电子流动，只是电子位移造成的一种表现。
传导电流主要发生在导体中，而位移电流则主要发生在绝缘材料中。
二、位移电流的应用2.1 绝缘材料的研究位移电流是研究绝缘材料性能的重要指标之一。
绝缘材料在高电压下容易形成电场，从而产生位移电流。
通过对位移电流的研究，可以评估绝缘材料的耐电压性能、绝缘性能以及其在电气设备中的使用寿命。
2.2 高压设备的安全评估位移电流也是对高压设备安全性进行评估的重要依据之一。
在高压设备中，位移电流可能导致电气设备局部的温升。
通过对位移电流的检测和分析，可以帮助判断电场分布情况，评估设备的绝缘状况，从而保证设备的安全性和可靠性。
2.3 绝缘材料的改进与优化位移电流的研究不仅可以评估绝缘材料的性能，还可以为绝缘材料的改进与优化提供指导。
通过在实验中调整电场变化速率、改变材料结构和成分等手段，可以降低位移电流的产生，提高绝缘材料的绝缘性能和电气性能。
三、位移电流实验和检测方法3.1 实验装置进行位移电流实验通常需要使用高压设备和绝缘材料。
实验装置包括高压源、温度传感器、位移电流检测仪等。
3.2 实验步骤•准备实验装置，设置不同的高压条件。
位移电流的计算公式
位移电流的计算公式
位移电流是指在电场变化时，电介质内的自由电子发生位移而引
起的电流。
在很多电器设备中，位移电流是一种不可忽视的电流形式，它对设备的运行和维护起着重要的作用。
位移电流的计算公式为：I=εrε0ωEsinδ，其中，I为位移电流，εr为介电常数，ε0为真空中的介电常数，ω为角频率，E为电场强度，δ为相位差。
从公式中可以看出，位移电流与电场强度和角频率
有直接关系。
在电器设备中，由于介质的不均匀性和电场强度的分布不均匀，
会引起位移电流的产生。
位移电流的产生会导致设备的运行效率降低，严重的还会导致设备损坏甚至引起事故。
因此，在电器设备的设计和
维护过程中，需要对位移电流进行全面的分析和计算。
位移电流的计算需要考虑多方面因素，如电介质的性质、电场分布、工作频率等。
在实际计算过程中，需要进行精确的模拟和实验，
以获取准确的数据。
同时，还需要进行电路分析和设计，以减少位移
电流的产生。
总之，位移电流是一种重要的电流形式，在电器设备的设计和维
护中起着重要的作用。
准确地计算位移电流，对于确保设备的安全运行、提高设备的效率和延长设备的使用寿命都具有重要意义。
位移电流和全电流的定义
位移电流和全电流的定义
位移电流（Displacement Current）：
1、定义：位移电流是指电容在电路中的电流，在静态电场中则称作直流，在变化时电场中的瞬时电流，在直流电路中没有这种电流，但是在交流电路中则有这种电流。
2、产生原因：当电场变化时，电容器的晶体结结构会使得内外两个电极之间存在电势差，会有电荷移动，这就会形成位移电流，也就是有变化的电容容量时电路中流动的电流。
3、作用：因为位移电流的流量要比全电流的流量大的多，能有效的补充电路中的电流，提高了元件的容量和电容，而且位移电流也有一定的稳定性，正确的设计位移电流的电路不会产生晶体管的消耗电流和漏电流。
全电流（Full Current）：
1、定义：全电流指的是在电路中瞬时流通的电流。
它包含正负相对的位移电流和重力电流，各自在不同时期活动，共同构成快速变化的电流，并影响电路的谐振，稳定和共振特性。
2、产生原因：电抗器中会产生不同的电势形成综合电流，当回路电位变化时，元件内的变压器的磁感应引起的电位变化；能量平衡关系，即由电势维持电容内的位移电流；变压器内部磁场变化引起的电容器位移变化；电容间变压变化产生重力电流。
3、作用：全电流能有效的稳定电路中的电流变化，降低电路中的杂散电磁辐射，减小电感元件静态电路电阻，增大元件的功率，并且在变压器流动大量全电流，可以带动输出容量较大的电流，提高电路的效率。
位移电流密度和传导电流密度的关系
位移电流密度和传导电流密度的关系
位移电流密度和传导电流密度是电磁场学中重要的两个概念。
位移电流密度是由于电场的变化引起的电流密度，而传导电流密度是由于导体内电荷的移动引起的电流密度。
它们之间有着密切的关系。
根据安培定理，在任何闭合回路中，电流的总和为零。
因此，位移电流密度和传导电流密度之间存在着一定的关系。
具体而言，它们之间的关系可以通过麦克斯韦方程式推导得到。
根据麦克斯韦方程式，电场的旋度等于时间变化率的负值。
因此，如果电场发生变化，它就会产生一个旋度。
这个旋度会导致一个位移电流密度。
这个位移电流密度的大小与电场的变化率成正比。
另一方面，如果一个导体中存在电荷移动，它就会产生一个传导电流密度。
这个传导电流密度的大小与电荷的密度和电荷移动速度成正比。
因此，位移电流密度和传导电流密度之间的关系可以通过麦克斯韦方程式的旋度项来描述。
具体而言，旋度项描述了电场的变化率和电流密度之间的关系，包括位移电流密度和传导电流密度。
这个关系是电磁场学中非常重要的概念，它可以帮助我们更好地理解电场和电流密度之间的相互作用。
- 1 -。
变化的电场位移电流课件
变化的电场的特点
03
04
变化的电场会产生磁场 ，这是麦克斯韦电磁理 论的基本原理之一。变 化的电场会产生磁场， 而变化的磁场又会产生 电场，从而形成电磁波 。
变化的电场的产生
05
变化的电场可以由各种 物理现象产生，如交流 电源、电磁感应、电磁 波传播等。在空间中， 变化的电场可以由电荷 的运动和分布变化产生 ，也可以由变化的磁场 产生。
验证麦克斯韦位移电 流的假设
实验设备
电源
用于产生变化的电场
电容器
用于模拟变化的电场
电流表
用于测量位移电流的大小
示波器
用于观察电场变化和位移电流 的波形
实验步骤与结果分析
步骤一
将电容器接入电源，观 察电容器两端的电场变 化。
步骤二
使用示波器记录电容器 两端电压随时间变化的 波形。
步骤三
通过电流表测量由电容 器产生的位移电流。
位移电流的性质
位移电流与传导电流一样，具有持续性、方向性和传导性。
位移电流与传导电流不同，它不受温度影响，不会因为温度 升高而增加。
位移电流与传导电流的区别
产生机理
位移电流是电场变化产生的，传导电流是电荷的 定向流动产生的。
流动方向
位移电流的方向与电场变化的方向一致，而传导 电流的方向与电荷定向流动的方向一致。
3
麦克斯韦方程组
位移电流的引入使麦克斯韦方程组更加完整，能 够描述电磁波的传播。
电磁波的传播
电磁波的传播速度
电磁波在真空中的传播速度为光速。
电磁波的传播方向
电磁波的传播方向与电场和磁场的方向相互垂直。
电磁波的偏振
电磁波可以是横波或纵波，具有特定的偏振状态。
电磁场与电磁波课后问答题整理
矢量分析中的一个重要定理： 称为散度定理。
意义：矢量场F 的散度在体积V 上的体积分等于矢量场F 在限定该体积的闭合积分，是矢量的散度的体积与该矢量的闭合曲面积分之间的一个变换关系。
什么是矢量场的环流？环流的值为正，负，或0分别表示什么意义？矢量场F 沿场中的一条闭合回路C 的曲线积分，称为矢量场F 沿的环流。
环流大于0或环流小于0，表示场中产生该矢量的源，常称为旋涡源。
等于0，表示场中没有产生该矢量场的源。
什么是斯托克斯定理？它的意义是什么？该定理能用于闭合曲面吗？在矢量场F 所在的空间中，对于任一以曲面C 为周界的曲面S ，存在如下重要关系 这就是是斯托克斯定理。
矢量场的旋度在曲面S 上的面积分等于矢量场F 在限定曲面的闭合曲面积分，是矢量旋度的曲面积分与该矢量沿闭合曲面积分之间的一个变换关系。
能用于闭合曲面.如果矢量场F 能够表示为一个矢量函数的旋度，这个矢量场具有什么特性?=0,即F 为无散场。
如果矢量场F 能够表示为一个标量函数的旋度，这个矢量场具有什么特性?=0即为无旋场只有直矢量线的矢量场一定是无旋场，这种说法对吗？为什么？不对。
电力线可弯，但无旋。
无旋场与无散场的区别是什么？无旋场F 的旋度处处为0，即 ，它是有散度源所产生的，它总可以表示矢量场的梯度，即 =0 无散场的散度处处为0，即 ，它是有旋涡源所产生的，它总可以表示为某一个旋涡即点电荷的严格定义是什么？点电荷是电荷分布的一种极限情况，可将它看做一个体积很小而电荷密度很的带电小球的极限。
当带电体的尺寸远小于观察点至带电体的距离时，带电体的形状及其在的电荷分布已无关紧要。
就可将带电体所带电荷看成集中在带电体的中心上。
即将带电体抽离为一个几何点模型，称为点电荷。
研究宏观电磁场时，常用到哪几种电荷的分布模型？有哪几种电流分布模型？他们是如何定义的？常用的电荷分布模型有体电荷、面电荷、线电荷和点电荷；常用的电流分布模型有体电流模型、面电流模型和线电流模型，他们是根据电荷和电流的密度分布来定义的。
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(S )
（1）式右端第二项是由极化电荷的运动引起的电流。
E (1)式右端第一项是与电场的时间变化率 相联系 t P 的。在真空中 P 0, 0 ，在位移电流中就只剩 t 下这一项了。所以这项是位移电流的基本组成部分， 但它却与“电荷的流动”无关，它本质上是变化着的 电场。
d D H dl I 0 dt ( L)
以上便是麦克斯韦的位移电流假说。
在电介质中 D 0 E P E P 位移电流为 d D D dS 0 dS dS （1） dt （S） t t t （S） （S）
( S1 ) (S )
因此，在非恒定的情况下，前面给出的安培环路定理 不再适用。
在非恒定情况下电流的连续原理给出
按高斯定理：
(S )
dq0 j0 dS dt
D dS =q0
D dS t
(S )
dq0 d 从而 = D dS = dt dt ( S ) (S )
( S1 ) (S )
但在非恒定情形下，上式不成立。最突出的例子是电 容器的充放电电路。如果取 S1 与导线相交， S2 穿过电容 器两极板之间，则有
( S1 )
j0 dS 0， j0 dS =0
( S2 )
即
( S2 )
j0 dS j0 dS = j0 dS 0
P d S q
(S )
d P dq PdS dS dt (S ) t dt (S )
dq jP d S dt
而极化电荷的连续方程应为 P 由此可见， d S = jP d S t (S ) (S )
d D D外 则通过S2的全电流为 S e0 S dt t t e 0 因j0 = ，故以上两表达式相等。这样，在电容器 t dD 极板表面中断了的传导电流I 0被间隙中的位移电流 dt 接替下去，二者合在一起保持着连续性。
由于全电流具有连续性在非恒定情况下，应该用它来 代替磁场环路定理右端的传导电流，即：
因此可得出
D 或 j0 dS 0 t (S ) D D 或 j0 dS = j0 dS t t ( S2 ) ( S1 )
( L) (S )
要想上式有意义，必须穿过以L为边界任意曲面的传导 电流都相等。具体地说，如果以L为边界取两个不同的曲面
S1
( S1 )
j0 dS = j0 dS
( S2 )
和 S2 ， j0 dS j0 dS = j0 dS 0
8.1
8.1.1 8.1.2
麦克斯韦电磁理论
麦克斯韦电磁理论产生的历史背景 位移电流
由库仑定律和场强叠加原理可得出静电场的两条重要 定理： （1）电场的高斯定理
(L)
D dS q0
(S )
（2）静电场的环路定理
E dl 0
由毕奥—萨伐尔定律可得出恒定磁场的两条重要定理：
（3）磁场的高斯定理
B dS 0
(S )
（4）安培环路定理
( L)
H dl I 0
（5）法拉第电磁感应定律
d dt
麦克斯韦根据当时的实验资料和理论的分析，全面 系统地考察了这些规律。麦克斯韦看出感生电动势现象 预示着变化的磁场周围产生涡旋电场，因此在普遍情形 下电场的环路定理应是：
B E dl dS t (L) (S )
静电场的环路定理是它的一个特例。
没有发现电场的高斯定理和磁场的高斯定理有什么不合 理的地方，麦克斯韦假定它们在普遍情形下应该成立。然而 麦克斯韦在分析了安培环路定理后，发现将它应用到非恒定 情形时遇到了矛盾。在恒定条件下，安培环路定理可写成 H dl I 0 = j0 dS
麦克斯韦位移电流假说的中心思想是，变化着的电场 激发涡旋磁场。
8.1.3
麦克斯韦方程组
在普遍情况下电磁场必须满足的方程组：
(S ) B E dl dS t ( L ) B dS 0 (S ) H dl I D dS 0 t ( L ) D dS q0
麦克斯韦把 d D 这个量叫做位移电流(displacement dt
D current)， 是位移电流密度。 t
传导电流
I 0 j0 dS
（S）
与位移电流合在一起
称为全电流。
全电流在任何情况下都是连续的。
在一个极板表面内、外两侧各作一面S1和S2 , 因为D内 0，D外 e 0 D内 则通过S1的全电流为 j0 S j0 S I 0 t
D 这个量永远是连续的，只要边界L相同， j0 t 它在不同曲面 S1 , S2 上的面积分相等。
(S )
j0 dS
(S )
D dS t
令 D D dS
(S )
代表通过某一曲面的电位移通量
则有 d D D dS dt t (S )