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/ρ=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
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。