传导电流与位移电流

第八章思考题8-1．什么叫位移电流：什么叫全电流：位移电流和传导电流有什么不同？答：宏观电流有三种形式：，一种是在电场作用下，大量自由电子在导体中运动所形成的传导电流，另一种是真空或非常稀薄的气体中带电质点（如电子管内阴极发射的电子，受宇宙射线照射而电离的气体离子等）在电场作用下运动所形成的徙动电流；还有一种是电场变化所形成的位移电流。所谓全电流，是指通过某一截面的传导电流、徙动电流和位移电流的代数和。这三种电流不可能同时存在于空间的同一截面上，凡是有徙动电流之处（如真空中），不可能有传导电流存在。传导电流显著之处（如金属中），位移电流也常常小得可以忽略。位移电流显著之处，（如电介质中），不但无徙动电流，而且传导电流（漏电电流）也很小，甚至可以忽略。位移电流和传导电流在产生磁场的效应上是完全等效的，但它们是两个截然不同的物理概念。位移电流和传导电流的主要区别有以下几点：①位移电流是指电位移通量随时间的变化率，而传导电流是自由电荷的定向运动所形成的。因此，位移电流不存在实物的迁移。例如，在真空中电场的变化也要产生磁场，它仍然具有位移电流的性质；而传导电流必然伴有电荷的运动。②位移电流的数学表示式为传导电流的数学表示式为sdtDsdJIssDDsssdEsdJI00式中：称为位移电流密度；称为传导电流密度。③传导电流仅能在导体中存在，它决定于自由电子与导体晶格间的碰撞。因此，它有热损耗，单位体积内的热损耗决定于焦耳一楞次定律：P=J0*E=σE2瓦／米3。而位移电流还可以存在于电介质及真空中。在电介质中，位移电流的热损耗（即介质吸收）不遵从焦耳一楞次定律；在真空中，位移电流无热效应。tDJDEJ08-2．按下述几个方面比较一下静电场与涡旋电场：(1)由什么产生？(2)电力线的分布怎样？(3)对导体有何作用？答：(1)从产生的原因看，静电场是由电荷产生的，是有源电场，而涡旋电场是由变化的磁场产生，它不依赖于场源电荷，是无源电场。(2)从电力线的分布看，静电场的电力线是不闭合的，从正电荷出发（或来自无穷远处），终止于负电荷（或伸延到无穷远），而涡旋电场的电力线必定是闭合的，没有起点和终点。(3)从对导体的作用看。静电场可使导体中的自由电荷发生移动，平衡时导体内部的静电场强度必定为。，单是静电场不能在导体中形成持续流动的电流，涡旋电场也可使导体中的自由电荷发生移动，它的电场强度不依赖于导体是否存在，可以在导体中形成持续的电流。8-3．为什么说麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式等效？微分形式与积分形式相比较，有些什么新内容？答：麦克斯韦方程组是在一定的科学假设（位移电流，涡旋电场）的前提下，直接从库仑定律、毕奥一萨伐尔定律和法拉弟电磁感应定律三大实验定律归纳出来的，它的积分形式和微分形式是等效的。因为它们之间的过渡不需要新的物理假设和实验基础，只需采用数学手段，根据矢量分析中的高斯定理和斯托克斯定理，就可由积分形式推导出微分形式，它们描述的规律是相同的。麦克斯韦方程组的积分形式描写的是某一选定区域内电磁场整体的情况，如某一闭合回路或封闭曲面内各电磁场量E,D,B,H,ρ,J等）之间的相互联系，它虽能适用于一般情形的电磁场，但不能直接表示某一点各电磁场量之间的关系。麦克斯韦方程组的微分形式描写的是电磁场中某些点电磁场量的大小和变化情况，它反映了一般情况下，电荷电流激发的电磁场在ρ和J为零区域的性质，以及电磁场内部矛盾运动的规律，这是积分形式所无能为力的。麦克斯韦方程组的微分形式实际上是一组偏微分方程，在实际问题给出的定解条件下，解这个微分方程组，原则上就能解决所有宏观电磁学问题。