変位電流とは:導出とその特性

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電磁気理論では、磁場の現象は、 電界 。磁場は、電流(伝導電流)の周囲で生成されます。電流は定常状態または変動状態にある可能性があるためです。変位電流の概念は、19世紀に英国の物理学者ジェームズクラークマクスウェルによって開発された電界Eの時間変化に依存します。彼は、変位電流が電界の変化率に比例する別の種類の電流であることを証明し、数学的にも説明しました。この記事では、変位電流の式と必要性について説明しましょう。

変位電流とは何ですか?

変位電流は、電束密度Dによって生成される電流のタイプとして定義されます。これは、で導入される時間変化する量です。 マクスウェルの方程式 。電流密度の単位で説明されています。アンペール回路の法則で導入されています。
ザ・ 変位電流のSI単位 アンペア(アンペア)です。この寸法は、長さの単位で測定できます。長さの単位は、最大、最小、または始点から終点までの実際の移動距離に等しくなります。




導出

変位電流の式、寸法、および 変位電流の導出 コンデンサに変位電流を与える基本回路を考えると説明できます。

必要な電源を備えた平行平板コンデンサを考えてみましょう。電源にコンデンサが与えられると、充電が開始され、最初は電流の伝導がありません。時間の増加とともに、コンデンサは継続的に充電され、プレートの上に蓄積されます。の充電中 コンデンサ 時間の経過とともに、プレート間の電界が変化し、変位電流が誘導されます。



与えられた回路から、平行平板コンデンサの面積= Sを考慮してください

変位電流= Id


Jd =変位電流密度

d =€Eすなわち、電界Eに関連する

€=コンデンサのプレート間の媒体の誘電率

コンデンサの変位電流式は次のように与えられます。

Id = Jd×S = S [dD / dt]

以来 Jd = dD / dt

マクスウェルの方程式から、変位電流は同じ単位を持ち、伝導電流の磁場に影響を与えると結論付けることができます。

▽×H = J + Jd

どこ、

H =磁場Bas B =μH

μ=コンデンサのプレート間の媒体の透磁率

J =伝導電流密度。

Jd =変位電流密度。

私たちが知っているように ▽(▽×H)= 0および▽.J = −∂ρ /∂t= −▽(∂D/∂t)

▽のガウスの法則を使用する。D=ρ

ここで、ρ=電荷密度。

したがって、Jd =∂D/∂t変位電流密度であり、式のRHSとLHSのバランスをとる必要があると結論付けることができます。

変位電流の必要性

コンデンサの2つのプレートを通る電荷キャリアの流れはなく、伝導電流はこの絶縁体を介して発生しません。プレート間の連続的な磁場効果が変位電流を与えます。このサイズは、コンデンサを接続する導線(始点から終点)の導通電流のサイズに等しい回路の充電および放電電流から計算できます。

この必要性は、以下の要因を考慮することで説明できます。

  • 光波や電波のような電磁放射では、宇宙に伝播します。
  • 変化する磁場が電場の変化率に正比例する場合。
  • 変位電流は、コンデンサの2つのプレート間に磁場を生成するために必要です。
  • アンペア回路で使用されます。
  • 変位電流は、電磁波が空の空間をどのように伝播するかを理解することを可能にします。

コンデンサの変位電流

プレート間の最大電圧を下回る電位差がある場合、コンデンサは常に変位電流に依存し、伝導電流には依存しません。私たちが知っているので、電子の流れは伝導電流を与えます。コンデンサのこの電流は、プレートを流れる電流に相当する電界の変化率によるものです。

コンデンサの変位電流

コンデンサの変位電流

コンデンサに最大電圧が印加されると、充電と導通が始まります。電圧がを超えると、それは導体のように機能し、伝導電流になります。この段階では、コンデンサの故障と呼ばれます。

伝導電流と変位電流の違い

導通電流と変位電流の違いは次のとおりです。

伝導電流

変位電流

これは、印加電圧での電子の流れによって回路で生成される実際の電流として定義されます。これは、印加電圧でのコンデンサのプレート間の電界の変化率として定義されます。
電荷キャリア(電子)が均一に流れるために生成されますが、電界は時間とともに一定です。これは、電界の変化率に伴う電子の移動によって生成されます。
オームの法則を受け入れます受け入れません オームの法則
I = V / Rとして与えられますId = Jd xSとして与えられます
実際の電流として表されますこれは、さまざまな時間の電界によって生成される見かけの電流として表されます。

プロパティ

ザ・ 変位電流の特性 以下に記載されています、

  • これはベクトル量であり、閉じたパスの連続性の特性に従います。
  • 電流密度場の電流変化率によって変化します。
  • ワイヤーの電界の電流が安定しているとき、それはゼロの大きさを与えます
  • それは電界の変化する時間に依存します。
  • 方向と大きさの両方があり、正、負、またはゼロの値にすることができます
  • この長さは、パスに関係なく、開始点から終了点までの最小距離と見なすことができます。
  • 長さの単位で測定できます
  • ポイントからの実際の距離までの特定の時間の変位の最小または最大または等しい大きさを持っています。
  • それは電磁界に依存します。
  • 始点と終点が同じ場合はゼロ値になります

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