46. Ток смещения.

Максвелл обобщил закон полного тока ( ) предположив, что переменное электрическое поле является источником магнитного поля. Для количественной характеристики «магнитного действия» переменного электрич.поля Максвелл ввел понятие тока смещения. По теореме Остроградского – Гаусса, поток смещения сквозь замкнутую поверхность:

,

q – алгебраич.сумма свободных электрич.зарядов,охват.замкнутой поверхн.

Продифференцируем по времени: .

Если поверхность S неподвижная и не деформируется, то изменение во времени потока смещения сквозь поверхность S вызывается только изменением электрического смещения D с течением времени. Поэтому можно заменить: .

Максвелл предложил назвать плотностью тока смещения:

.

Плотность тока смещения в данной точке пространства равна скорости изменения вектора электрического смещения в этой точке.

Током смещения сквозь произвольную поверхность называется физическая величина, равная потоку вектора плотности тока смещения сквозь эту поверхность: .

Ток смещения, подобно обычным токам проводимости, является источником вихревого магнитного поля, т.е. такого поля, циркуляция напряженности Н которого по замкнутому контуру не равна нулю.

В диэлектрике вектор электрического смещения D состоит из 2 слагаемых:

.

P – поляризованность – характеризует действительное смещение электрических зарядов в неполярных молекулах и поворот полярных молекул, находящихся в единице объема диэлектрика.

Плотность тока смещения в диэлектрике: .

Плотность тока смещения в вакууме: .

Плотность тока поляризации: (плотность тока, обусловленного упорядоченным перемещением связанных зарядов в диэлектрике при изменении его поляризации).

Ток смещения, в отличие от тока проводимости, не сопровождается выделением теплоты Джоуля – Ленца. В случае изменения поляризации полярных диэлектриков (при возникновении в них поляризационного тока) происходит поглощение или выделение теплоты. Однако закономерности этих тепловых эффектов не подчиняются закону Джоуля – Ленца.

24. Закон Ампера.

На проводники с электрическим током, находящиеся в магнитном поле, действуют силы Ампера. Сила Ампера dF, приложенная к малому элементу проводнику с током, равна геометрической сумме сил, которые действуют со стороны магнитного поля на движущиеся в проводнике носители тока.

Элемент проводника dl мал, а число dn носителей тока в нем столь большим, чтобы к ним можно было применить статистический подход.

В проводнике имеются носители тока одного сорта с зарядами, а их концентрация равна . Тогда , если - скорость i-го носителя тока, то сила, действующая на него со стороны магнитного поля:

,

где и - скорости упорядоченного и теплового движения i-го носителя. Искомая сила Ампера равна: , где <v> - средняя скорость упорядоченного движения носителей тока, а вектор средней скорости теплового движения <u>=0 из-за беспорядоченности этого движения. Т.о. .

Так как - плотность эл.тока в элементе проводника, , где сила тока; dl – вектор элемента проводника, проведенный в направлении электрического тока. Сила Ампера: .

Закон Ампера: сила, действующая на элемент проводника с током в магнитном поле, равна произведению силы тока на векторное произведение элемента длины проводника на магнитную индукцию.

Из закона Ампера следует, что сила максимальна, если элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции:

откуда .

Т.о., магнитная индукция численно равна отношению силы, действующей со стороны магнитного поля на малый элемент проводника с электрическим током, к произведению силы тока на длину этого элемента, если она расположен в поле, что указанное отношение имеет наибольшее значение.

Сила Ампера, действующая в магнитном поле на проводник конечной длины с током, равна геометрической сумме сил Ампера, действующих на все малые элементы этого проводника: .

В частности, если магнитное поле однородно, а проводник прямолинейный, то .

Направление силы F для двух направлений тока в случае на рис. Его можно найти по правилу левой руки: если расположить ладонь левой руки так, чтобы вектор B входил в ладонь, а 4 вытянутых пальца совпадали с направлением электрического тока в проводнике, то отставленный большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на проводник в магнитном поле.