Ток смещения

В соответствии с прямой гипотезой Дж. Максвелла изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле. Обратная гипотеза Максвелла утверждает, что переменное электрическое поле приводит к появлению изменяющегося магнитного поля. Ток, обуславливающий это магнитное поле, был назван им током смещения. В отличие от тока проводимости, создаваемого движущимися зарядами, этот ток своим происхождением обязан изменяющемуся электрическому полю. Наличие тока смещения объясняет протекание переменного тока в цепи с конденсатором.

Как известно, конденсатор в цепи постоянного тока представляет бесконечное сопротивление, то есть разрыв цепи (рисунок 51а) В цепи переменного тока (рисунок 51б) сопротивление емкости равно . Через конденсатор идет ток тем больший, чем быстрее изменяется ЭДС генератора. Если между обкладками конденсатора – вакуум, то единственным физическим явлением, обеспечивающим проводимость конденсатора, является переменное электрическое поле. Переменное электрическое поле представляет собой ток, который замыкает ток проводимости в проводах.

Так как , где s - поверхностная плотность зарядов на пластинах конденсатора, D - вектор индукции электростатического поля, то .

Величина есть плотность тока смещения. В векторной форме .

Если поле убывает, вектор направлен противоположно , если поле нарастает, вектор совпадает с (рисунок 52).

Рисунок 51

Рисунок 52

Величина плотности тока смещения равна скорости изменения электростатической индукции . В диэлектриках природа смещения более сложна, так как в диэлектриках , то . Первое слагаемое характеризует ток смещения в вакууме (изменение поля свободных зарядов). Второе слагаемое - ток смещения, обусловленный изменением поляризации диэлектрика: переменное электрическое поле вызывает переориентацию (смещение) молекулярных диполей.

Ток смещения поляризации сопровождается тепловым эффектом (диэлектрики нагреваются, при некоторой температуре и напряжении может возникнуть ток проводимости – пробой диэлектрика). Ток смещения существует не только в вакууме и в диэлектрике. Но и в проводнике наряду с током проводимости.

Введение гипотезы о существовании токов смещения позволило Максвеллу переписать закон полного тока в виде . (72)

Таким образом, источником вихревого магнитного поля являются токи проводимости и переменные электрические поля.