理论教育 电容器中的位移电流和传导电流比例

电容器中的位移电流和传导电流比例

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:电介质中的位移电流和传导电流电介质中,电场强度E=E0sinωt随时间变化,若电介质的电导率为κ(S/m)、介电常数为ε(F/m),则传导电流Jc与位移电流密度Jd为电介质(绝缘体)的电导率非常小,因此在电介质内流动的电流只有位移电流。位移电流的大小与介电常数和交流电压的角频率成正比。当给其施加频率为1GHz的交流电场E0sinωt时,求传导电流和位移电流之比。电容器上交流电压V为V=V0sinωt=3sin=3sin100πt电容器中的位移电流Id为

电容器中的位移电流和传导电流比例

当电容充电时

电流的连续性

给电容施加交流电压时

电容电极之间流过的电流

位移电流

电介质中的电场随时间变化

位移电流与传导电流

注:关于由电荷的移动而形成传导电流的内容,请参见第28课。

[1]位移电流

电容流过的电流为

Jd为位移电流密度(A/m2

Dn为真空或空气中,以及电介质中的电通密度(与电极垂直方向分量)(Wb/m2

位移电流

Dn为闭合曲面S上的与dS垂直的电通密度分量(Wb/m2

取包围电容一极的闭合曲面S,电流的连续性成立:

Jn为闭合曲面S上与dS垂直的电流密度的分量(A/m2

[2]位移电流和传导电流

电介质中的电场强度随时间变化时的传导电流为

Jc=κE=κE0sinωt≈0

Jc为传导电流密度(A/m2

κ为电介质的电导率(≈0)(S/m)

E为电介质中的电场强度(=E0sinωt)(V/m)

ω为周波数(rad/s)

电介质中的电场强度随时间变化时的位移电流为(www.daowen.com)

Jd为位移电流密度(A/m2

ε为电介质的介电常数(F/m)

位移电流

电场随时间变化,真空或电介质(如电容器)中就会有电流流动,同时也有磁场产生,麦克斯韦理论认为该电流为位移电流。

当电通密度D=εE随时间变化时,位移电流Id(A)为

当给电容器两端施加交流电压V=V0sinωt时,电路中的传导电流Ic(A)为

当电容器的电极的面积为S(m2)时,电容器中的位移电流密度Jd(A/m2)为

电容器中的位移电流Id(A)为

从此可以看出,电流是随时间连续变化的。

电介质中的位移电流和传导电流

电介质中,电场强度E=E0sinωt随时间变化,若电介质的电导率为κ(S/m)、介电常数为ε(F/m),则传导电流Jc(A/m2)与位移电流密度Jd(A/m2)为

电介质(绝缘体)的电导率非常小,因此在电介质内流动的电流只有位移电流。位移电流的大小与介电常数和交流电压的角频率成正比。频率f=ω/2π越大,交流位移电流也越大。

例题1

如图所示,电阻率为1×105Ω·m、相对介电常数εr=4的物质。当给其施加频率为1GHz的交流电场E0sinωt时,求传导电流和位移电流之比。

【例题1解】

该物质的传导率κ=1=1×10-5S/m,介电常数ε=ε0εr=8.854×10-12×4F/m=3.54×10-11F/m,传导电流密度和位移电流密度分别为

传导电流和位移电流的比等于其电流密度之比:

例题2

电容量为100pF的电容,加上振幅为3V、频率为50Hz的交流电压,求电容中的位移电流。

【例题2解】

电容器上交流电压V(V)为

V=V0sinωt=3sin(2π×50t)=3sin100πt

电容器中的位移电流Id(A)为

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