32. Колебательный контур . Собственные колебания в контуре . Формула Томсона.

Ток смещения . Опыты Эйхенвальда .

Ток смещения или абсорбционный ток — величина, прямо пропорциональная скорости изменения электрической индукции. Это понятие используется в классической электродинамике. Введено Дж. К. Максвеллом при построениитеории электромагнитного поля.

Введение тока смещения позволило устранить противоречие[1] в формуле Ампера для циркуляции магнитного поля, которая после добавления туда тока смещения стала непротиворечивой и составила последнее уравнение, позволившее корректно замкнуть систему уравнений (классической) электродинамики.

Строго говоря, ток смещения не является[2] электрическим током, но измеряется в тех же единицах, что и электрический ток.

Ток смещения и ток проводимости[править | править вики-текст]

В природе можно выделить два вида токов: ток связанных зарядов и ток проводимости.

Ток связанных зарядов — это перемещение средних положений связанных электронов и ядер, составляющих молекулу, относительно центра молекулы.

Ток проводимости — это направленное движение на большие расстояния свободных зарядов (например, ионов или свободных электронов). В случае, если этот ток идёт не в веществе, а в свободном пространстве, нередко вместо термина «ток проводимости» употребляют термин «ток переноса». Иначе говоря, ток переноса или ток конвекции обусловлен переносом электрических зарядов в свободном пространстве заряженными частицами или телами под действием электрического поля.

Во времена Максвелла ток проводимости мог быть экспериментально зарегистрирован и измерен (например, амперметром, индикаторной лампой), тогда как движение связанных зарядов внутри диэлектриков могло быть лишь косвенно оценено.

Сумма тока связанных зарядов и быстроты изменения потока электрического поля была названа током смещения в диэлектриках.

При разрыве цепи постоянного тока и включении в неё конденсатора ток в разомкнутом контуре отсутствует. При питании такого разомкнутого контура от источника переменного напряжения в нём регистрируется переменный ток (при достаточно высокой частоте и ёмкости конденсатора загорается лампа, включённая последовательно с конденсатором). Для описания «прохождения» переменного тока через конденсатор (разрыв по постоянному току) Максвелл ввёл понятие тока смещения.

Ток смещения существует и в проводниках, по которым течёт переменный ток проводимости, однако в данном случае он пренебрежимо мал по сравнению с током проводимости. Наличие токов смещения подтверждено экспериментально советским физикомА. А. Эйхенвальдом, изучившим магнитное поле тока поляризации, который является частью тока смещения. В общем случае, токи проводимости и смещения в пространстве не разделены, они находятся в одном и том же объеме. Поэтому Максвелл ввёл понятиеполного тока, равного сумме токов проводимости (а также конвекционных токов) и смещения. Плотность полного тока:

где j — плотность тока проводимости, jD — плотность тока смещения[5].

В диэлектрике (например, в диэлектрике конденсатора) и в вакууме нет токов проводимости. Поэтому приведенная выше формула Максвелла пишется так —

ЭЙХЕНВАЛЬДА ОПЫТ в электродинамике движущихся сред - доказал точными количеств, измерениями (1903), что конвекц. ток свободных зарядов на движущемся проводнике (см. Роуланда опыт)и ток связанных зарядов, возникающий при движении наэлектризованного диэлектрика (см.Рентгена опыт), приводят к появлению магн. поля точно так же, как ток проводимости в покоящемся проводнике, т. е. поляризованный немагн. диэлектрик при движении становится намагниченным.

Согласно электронной теории Лоренца, в Максвелла уравнения для медленно движущихся со скоростью и (и<<с)сред

(E-напряжённость электрич. поля, В-магн. индукция) входят полные плотность зарядаи плотность тока 

Здесь -ток проводимости в покоящемся проводнике,   - ток поляризации, определяемый изменением во времени поляризации покоящейся среды с диэлектрич. проницаемостью  ток переноса свободных зарядов плотностью со ско-ростью движения среды и (конвекц. ток Роуланда),   - ток связанных зарядов плотностью р_свяэ, переносимых со скоростью и (ток Рентгена). Ур-ния (1) с выражениями для плотностей токов (2) полностью эквивалентны релятивистски инвариантным ур-ниям Максвелла - Минковского (см. Электродинамика движущихся сред ),в к-рых связь электрич. индукции D и напряжённости магн. поля H с E и В при малой скорости и перемещения немагн. (магн. проницаемость среды имеет вид  - намагниченность,   а плотность тока   внеш. источников в такой движущейся среде равна  Если подставить выражения (3) и (4) в релятивистски инвариантные ур-ния Максвелла в среде, то получатся ур-ния (1) электронной теории Лоренца, в к-рых полный ток имеет вид (2). Суть опытов Эйхенвальда состояла в эксперим. проверке правильности выражений для всех токов, входящих в равенство (2).

Схема опыта такова: диэлектрич. диск (толщиной d) с диэлектрич. проницаемостью e вращается между двумя кольцевыми соосными диску обкладками конденсатора (шириной b); обкладки конденсатора, имеющие разрез, подключаются к батарее с напряжением и могут вращаться вокруг общей оси независимо от диэлектрич. диска. Опыты состояли в поочерёдном вращении обкладок конденсатора или диска, в сравнении магн. действия всех видов токов, входящих в выражение (2), и в эксперим. доказательстве их эквивалентности.

В отсутствие диэлектрика на обкладках заряж. конденсатора образуется поверхностный заряд плотностью   при вращении обкладок со скоростью и этот заряд создаёт конвекц. ток (ток Роуланда). Если же между обкладками находится диэлектрич. диск, то  а поверхностная плотность индуцированных на диэлектрике зарядов равна   При вращении диэлектрич. диска между покоящимися обкладками возникает ток  (ток Рентгена), вызванный тем, что движущийся поляризованный диэлектрич. диск намагничивается в радиальном направлении; величина его магн. момента  При вращении всей системы в целом полный ток .  не зависит от диэлектрич. проницаемости диска; это подтверждает справедливость осн. принципов теории относительности применительно к движущимся средам.

В Э. о. был также измерен ток поляризации входящий в выражение (2). Если одну из обкладок заземлить, а другую разделить дополнит, щелью на два полукольца, к к-рым подключить два разных полюса батареи, то при вращении диска диэлектрик будет половину оборота находиться в поле одного знака, а другую половину оборота - в поле противоположного знака. Такая схема опыта позволила скомпенсировать ток Рентгена и наблюдать ток поляризации, обусловленный изменением во времени поляризации вращающегося диска от