БИЛЕТ№14

Ток смещения. Максвелл выдвинул идею: поскольку меняющееся во времени магнитное поле ( БИЛЕТ№14 - student2.ru ) создает электрическое поле в соответствии с открытием Фарадея, то следует ожидать, что меняющееся во времени электрическое поле ( БИЛЕТ№14 - student2.ru ) создает магнитное поле. К этой идее можно прийти путем, например, следующих рассуждений. Выразим в теореме о циркуляции вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru (90) ток как поток вектора плотности тока (36):

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (110)

БИЛЕТ№14 - student2.ru Применим эту теорему к случаю, когда предварительно заряженный плоский конденсатор разряжается через некоторое внешнее сопротивление (рис.37). В качестве контура Г возьмем периметр квадрата S, перпендикулярного проводу. Достроим квадрат до куба, так, чтобы грань параллельная S проходила внутри конденсатора. Пусть поверхность БИЛЕТ№14 - student2.ru состоит из суммы всех граней куба, кроме грани S. Очевидно, обе поверхности, S и БИЛЕТ№14 - student2.ru имеют одну границу - контур Г. Однако через поверхность БИЛЕТ№14 - student2.ru течет ток I, а через поверхность БИЛЕТ№14 - student2.ru не течет никакого тока. Получается, что в (110) справа интеграл через поверхность БИЛЕТ№14 - student2.ru равен нулю, а через поверхность БИЛЕТ№14 - student2.ru - току I. Т.е. теорема о циркуляции вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru выполняется не для любой поверхности, ограниченной одним и тем же контуром Г, охватывающим ток. Чтобы избежать этой неприятности, заметим, что сквозь поверхность БИЛЕТ№14 - student2.ru проходит только электрическое поле (через ту ее часть, которая находится внутри конденсатора). Продифференцируем теорему Гаусса для вектора электрического смещения БИЛЕТ№14 - student2.ru (78) по времени: БИЛЕТ№14 - student2.ru . С другой стороны, согласно уравнению непрерывности

БИЛЕТ№14 - student2.ru . Сложив два последних уравнения, получим

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (111)

В этом выражении плотность тока проводимости складывается с производной по времени от вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru , которую Максвелл назвал плотностью тока смещения

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (112)

Сумму тока смещения и тока проводимости называют полным током, Плотность полного тока равна

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (113)

Таким образом, линии плотности тока проводимости замыкаются линиями плотности тока смещения.

Теперь убедимся в том, что введение полного тока устраняет трудность, связанную с зависимостью циркуляции вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru от выбора поверхности, ограниченной контуром Г. Введем в правую часть (110) полный ток

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (114)

Покажем, что полный ток будет одинаков для поверхностей БИЛЕТ№14 - student2.ru и БИЛЕТ№14 - student2.ru . Применим уравнение (111) к замкнутой поверхности БИЛЕТ№14 - student2.ru + БИЛЕТ№14 - student2.ru (полной поверхности куба на рис.37), с учетом того, что для замкнутой поверхности положительная нормаль направлена везде наружу

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (115)

Знак минус появился из-за того, что нормали ( БИЛЕТ№14 - student2.ru ) для БИЛЕТ№14 - student2.ru и БИЛЕТ№14 - student2.ru для БИЛЕТ№14 - student2.ru (рис.37, b) направлены в противоположные стороны. Отсюда следует, что

БИЛЕТ№14 - student2.ru , (116)

что и требовалось доказать. Именно таким образом теорему о циркуляции вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru , сформулированную ранее для постоянных токов, следует обобщить для произвольного случая и записать

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (117)

В таком виде теорема о циркуляции вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru справедлива всегда, о чем свидетельствуют результаты эксперимента во всех без исключения случаях.

Несколько замечаний о токе смещения. Ток смещения эквивалентен току проводимости только в отношении способности создавать магнитное поле. Токи смещения существуют там, где меняется со временем электрическое поле.

Теорема и циркуляции вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru (для магнитного поля постоянных токов). В магнетиках циркуляция вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru будет определяться не только токами проводимости, но и токами намагничивания:

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (93)

Так как определение токов намагничивания БИЛЕТ№14 - student2.ru сложная задача, удобно ввести вспомогательный вектор ( БИЛЕТ№14 - student2.ru ), циркуляция которого будет определяться только токами проводимости внутри контура Г. Согласно (92) циркуляция вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru равна сумме токов намагничивания БИЛЕТ№14 - student2.ru ® (87), Þ

БИЛЕТ№14 - student2.ru , Þ

БИЛЕТ№14 - student2.ru , (94)

где циркуляция вспомогательного вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru = БИЛЕТ№14 - student2.ru определяется только токами проводимости БИЛЕТ№14 - student2.ru . В некоторых учебниках вектор БИЛЕТ№14 - student2.ru называется напряженностью магнитного поля. Итак,

БИЛЕТ№14 - student2.ru , Þ (95)

теорема о циркуляции вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru выглядит так. Циркуляция вектора БИЛЕТ№14 - student2.ru по произвольному замкнутому контуру Гравна алгебраической сумме токов проводимости, охватываемых этим контуром:

БИЛЕТ№14 - student2.ru . (96)

Наши рекомендации