位移电流密度

位移电流密度概念

电场中某点的电位移矢量对时间的变化率，我们称之为该点的位移电流密度。电位移矢量是一个用以描述电场的辅助物理量，用符号D表示。电位移矢量作为在讨论静电场中存在电介质的情况下，电荷分布和电场强度的关系时引入的辅助矢量。

D =  ε0E + P

电位移矢量又叫电感应强度矢量。E是电场强度，P是极化强度，ε0是真空介电常数。D的单位是C/m?。对线性各向同性的电介质有D=εE，ε是电介质的介电常数。

位移电流

电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分就是位移电流。英国物理学家麦克斯韦首先提出这种变化会产生磁场的假设，并称其为“位移电流”。但位移电流只表示电场的变化率，与传导电流不同，它不产生热效应、化学效应等。

继电磁感应现象发现之后，麦克斯韦的这一假设更加深入一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。位移电流是建立麦克斯韦方程组的一个重要依据。注：位移电流不是电荷作定向运动的电流，但它引起的变化磁场，与传导电流引起的变化磁场等效。

位移电流与传导电流两者相比，唯yi共同点仅在于都可以在空间激发磁场，但二者本质是不同的：

(1)位移电流的本质是变化着的电场，而传导电流则是自由电荷的定向运动；

(2)传导电流在通过导体时会产生焦耳热，而位移电流则不会产生焦耳热；位移电流也不会产生化学效应。

(3)位移电流也即变化着的电场可以存在于真空、导体、电介质中，而传导电流只能存在于导体中

(4)位移电流的磁效应服从安培环路定理。

位移电流密度公式的一种导出方法

位移电流密度公式  的导出在大多数电磁学教材里以及有关文献中都是用平行板电容器的充放电过程这个特例得出全电流公式，并指出全电流的连续性，以此得出位移电流密度公式。然而在教学中学生往往不易理解其物理含义，对位移电流的实质也认识不清，使学生认为只有传导电流为零的地方才由位移电流“接下去”。因此从电荷运动和场的变化的整体观念，运用高斯定律和电荷守恒定律来导出位移电流的密度公式，其推导过程本身对学生理解全电流的概念亦有帮助。

设S为空间任一闭合曲面，其法线向外，如图所示，C为S上一有向闭合曲线，分S为S1、S2两个曲面，按右手法则，S1的法线将指向内部，而S2的法线保持不变。设在此空间内有稳恒电流流动，在某时刻穿过S1面的电流为IS1，穿过S2面的电流为IS2，根据电荷守恒定律，不可能有电荷在S内积累或放出，所以，IS1= IS2。

这里Sc是以C为边界的任何曲面，取SC为S1即得电流IS1，取Sc为S2即得IS2，所以在恒流情况下IS1= IS2是必然的。然而并不是在所有情形下在任何时刻穿过S1的传导电流IS1都与穿过S2的传导电流IS2相等。现考虑这样一种情况：

一根无限长的荷电直导线，以匀速V0沿其轴向运动，如果导线中电荷的分布是均匀的，其线密度为λ，那么对于静止的观察者来说，此即一无限长的通电长直导线，其电流强度为λV0，如图，我们选择以导线为轴线的圆柱面，S1、S2分别为圆柱面的两个底面，C为S1的边界线，即是一个绕圆柱的圆，由于是稳恒电流，所以IS1= IS2。

位移电流的意义：

位移电流表征了变化的电场要产生磁场。法拉第电场感应定律表明了变化的磁场能产生电场，但变化的电场是否产生磁场?当时人们一无所知，只有当位移电流的提出才把电磁场统一起来的，这个名词是麦克斯韦想出来的划时代的创造，是麦克斯韦一生Z伟大的贡献，不可不知。

比较：

位移电流是相对于传导电流（就是你所说的导线中流过的电流）而言的。传导电流是由导线中电荷的定向运动产生的，产生它的源是电荷； 而位移电流是由该处电场的变化（D随时间变化）产生的涡旋电流，这个电流是感应电流，你在该处放一段导线里面就有电流流过，产生它的源是变化的电场。

举例：

电磁炉就是利用变化的电场产生位移电流在锅底里流动产生焦耳热煮熟食物的，这个例子很典型。

当然Z典型的例子是平行板电容器实验，也就是课本里引入位移电流时用到的那个，当电容器两端导线里的传导电流变化时，电容器之间的电场就会跟着变化，同时就会在电容器两个板之间产生位移电流。

公式：

用一个公式概况起来就是修正的安培环路定理，麦克斯韦第二式，磁场强度H沿任何闭合路径的线积分，等于这闭合路径所包围的电流和（传导电流+位移电流），这个公式说明在对磁场强度的环流量贡献上，位移电流和传导电流都有，计算的时候两个都要包括进去。