一般情形下,通过空间某截面的电流应包括
传导电流与
位移电流和
运流电流,其和称全电流(total current) 。即:传导电流Ic + 运流电流Iv + 位移电流Id = 全电流,其中:Ic指导体内自由电荷定向
移动所形成的电流;Iv指导体外自由电荷定向移动所形成的电流;Id指变化的电场所等效的电流。如
安培环路定理中的I就可以理解为全电流。
概念
一般情形下,通过空间某截面的电流应包括
传导电流与
位移电流和
运流电流,其和称全电流(total current) 。即:传导电流Ic + 运流电流Iv + 位移电流Id = 全电流,其中:Ic指导体内自由电荷定向
移动所形成的电流;Iv指导体外自由电荷定向移动所形成的电流;Id指变化的电场所等效的电流。如
安培环路定理中的I就可以理解为全电流。
全电流是连续的,在空间构成闭合回路。导线中有传导电流(一般,
导体中也有很小的
位移电流),而电容器中有位移电流,即传导电流中断处,有位移电流接上。
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。通常用字母 I表示,它的
单位是
安培(
安德烈·玛丽·安培),1775年—1836年,
法国物理学家、化学家,在
电磁作用方面的研究成就卓著,对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名),简称“安”,符号 “A”,也是指
电荷在导体中的定向移动。
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。
电源的电动势形成了电压,继而产生了电场力,在电场力的作用下,处于电
微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA,电学上规定:
正电荷定向流动的方向为电流方向。金属导体中电流
微观表达式I=nesv,n为单位体积内自由电子数,e为电子的电荷量,s为导体
横截面积,v为电荷速度。
大自然有很多种承载电荷的
载子,例如,
导电体内可移动的电子、
电解液内的离子、
等离子体内的电子和离子、
强子内的
夸克。这些
载子的移动,形成了电流。
传导电流
传导电流是指导电
媒质中运动
电荷形成的
电流称为传导电流。传导电流与
电场强度之间的关系满足
欧姆定律。传导
电流密度用Jc表示。
传导电流中的带电微粒(如金属中的自由电子、电解质溶液中的正负离子、气体中的离子和电子)在
电场作用下,在
导体内部做定向运动而形成的电流。传导电流仅存在于导体中,其幅值与外加电场的频率无关。
在交变场的作用下,介质中有两种性质不同的电流存在,传导电流是其中的一种。传导电流相当于自由电子的定向运动,并由介质的电阻率所决定。传导电流通过导体时不但产生焦耳热,而且在导体周围空间激发涡旋磁场。在低频交流电法中主要考虑传导电流对电磁场分布的作用。
位移电流
在
电磁学里,位移电流 (displacement current) 定义为
电位移通量对于
时间的变化率:
位移电流的单位与
电流的单位相同,在
SI单位制中单位为安[培]。如同真实的电流,位移电流也会产生
磁场。但是,位移电流并不是移动的
电荷所形成的电流;而是
电位移通量对于时间的
偏导数,故它不具有传导电流所具有的其它效应,如焦耳热效应和化学效应。
考虑到上式的求导和积分顺序可以交换,上式也可被改写为
式中的称位移电流密度。
位移电流是指穿过某曲面的
电位移通量φD的时间变化率。这是麦克斯韦(1861~1862年)首先引出的一个概念。因为ΦD=ΦsD·ds,所以位移电流又可表示为i位=。式中称为位移电流密度矢量j位=。
这样,位移电流等于曲面上位移电流密度的面积分。又因D=ε0E+P,E为电场强度矢量,P为该点的极化强度矢量,则位移电流密度j位=ε0为介质
极化强度随时间的变化率,它与极化电荷的移动相联系。在真空中这一项等于零,这时j位=ε0,它与电场强度随时间的变化率相联系,是位移电流的基本组成部分。这个基本部分与电荷的运动无关,本质上是随时间变化的电场。麦克斯韦认为位移电流以与传导电流相同的方式激发磁场。亦即变化着的电场在其周围空间激发磁场。这样,磁场可由传导电流激发,也可由变化的电场激发,这一假说是产生电磁波的必要条件之一。而在实验验证了电磁波的存在之后,这一假说就上升成为电磁理论的基本组成之一。真空中的位移电流,只相当于电场强度随时间的变化,不伴有电荷或任何别的实体的任何运动。即使在介质中,位移电流也不产生化学效应和焦尔热。
运流电流
运流电流又称“对流电流”。带电介质或介质中的带电部分在空间运动所形成的电流。是指电荷在不导电的空间,如真空或极稀薄气体中的有规则运动所形成的电流。
真空电子管中由阴极发射到阳极的电子流,带电的运动着的雷云运动所形成的电流都是运流电流。相对于观察者以速度v运动的电荷元ρdV(ρ为电荷的体密度,dV为体积元)形成的运流电流密度为ρvdV。