ویکی‌پدیا

جریان جابجایی: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
تفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
ایجاد شده توسط ترجمهٔ صفحهٔ «Displacement current»
 
ابرابزار
خط ۱:
در [[الکترومغناطیس]]، '''چگالی جریان جابجایی''' مقدار {{ریاضی|∂'''''D'''''/∂''t''}}  در [[معادلات ماکسول|معادله هایمعادله‌های ماکسول]] است به صورت میزان تغییر {{ریاضی|'''''D'''''}}، [[میدان جابجایی الکتریکی]]، بر زمان است. چگالی جریان جابجایی همان یکای چگالی جریان الکتریکی است و باعث به وجود آمدن [[میدان مغناطیسی]] به همان شکلی می‌شود که جریان واقعی ایجاد می‌کند. اما این یک جریان الکتریکی ناشی از حرکت [[بار الکتریکی]] نیست بلکه یک [[میدان الکتریکی]] متغیر با زمان است. در مواد فیزیکی (در برابر خلاء) نیز جریان جابجایی ناشی از حرکت‌های کوچک بار وابسته اتم‌ها وجود دارد که به نام [[دی‌الکتریک|دی الکتریک قطبی]] شناخته می‌شود.
 
این ایده توسط [[جیمز کلرک ماکسول]] در سال 1861۱۸۶۱ در مقاله ''[https://books.google.com/books?id=v1YEAAAAYAAJ&pg=PA14#v=onepage&q&f=false در خطوط فیزیکی نیرو، بخش سوم]'' در ارتباط با جابجایی الکتریکی ذرات در یک [[دی‌الکتریک|دی الکتریک]] مطرح شد. ماکسول جریان جابجایی را به بخش [[جریان الکتریکی]] در [[قانون آمپر|قانون مداری آمپر]] اضافه کرد. او در سال 1865۱۸۶۵ مقاله نظریه هاینظریه‌های دینامیکی میدان الکترومغناطیسی ماکسول با استفاده از این نسخه اصلاح شده از [[قانون آمپر|قانون مداری آمپر]] استفاده کرد تا [[معادله موج الکترومغناطیس|معادله موج الکترومغناطیسی]] را بدست بیاورد. این اشتقاق در حال حاضر عنوان یک نقطه عطف تاریخی در فیزیک به خاطر اتحاد و برق و مغناطیس و اپتیک به یک نظریه واحد و یکپارچه شناخته می‌شود. جریان جابه جایی در حال حاضر به عنوان یک افزودنی مهم دیده می شود می‌شود که معادلات ماکسول را تکمیل می‌کند و برای توضیح بسیاری از پدیده هاپدیده‌ها به خصوص وجود [[تابش الکترومغناطیسی|امواج الکترومغناطیسی]] لازم است.
 
== توضیح ==
[[میدان جابجایی الکتریکی]] تعریف می‌شود:
 
:<math> \boldsymbol{D} = \varepsilon_0 \boldsymbol{E} + \boldsymbol{P}\ .</math>
: <math />
 
که در آن:
 
: ''ε<sub>0</sub>'' [[گذردهی (فیزیک)|گذردهی]] خلاخلأ است<br />
: '''E'''  [[میدان الکتریکی|شدت میدان الکتریکی است<br />]]
: '''P'''  [[چگالی قطبش|قطبش]] متوسط است<br />
 
مشتق‌گیری این معادله نسبت به زمان تعریف ''چگالی جریان جابجایی است ''که در نتیجه دو جزء در یک [[دی‌الکتریک|دی الکتریک]] دارد:<ref name="Jackson">{{Cite book|title=Classical Electrodynamics|last=John D Jackson|publisher=Wiley|year=1999|isbn=0-471-30932-X|edition=3rd|page=238}}</ref>(همچنین نگاه کنید به بخش "جریان جابجایی" مقاله "[[چگالی جریان الکتریکی]]")
 
:<math> \boldsymbol{J}_ \boldsymbol{D} = \varepsilon_0 \frac{\partial \boldsymbol{E}}{\partial t} + \frac{\partial \boldsymbol{P}}{\partial t}\ .</math>
: <math />
 
بخش اول در سمت راست در در مواد فیزیکی و در فضای آزاد وجود دارد.دارد؛ و لزومالزوماً ناشی از هر جنبش واقعی از بار نیست اما باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود به همان شکلی که میدان مغناطیسی ناشی از حرکت بار به وجود می‌آید. برخی از نویسندگان نام ''جریان جابجایی'' را به بخش اول معادله می‌گذارند <ref name="Griffiths">For example, see {{Cite book|title=Introduction to Electrodynamics|last=David J Griffiths|publisher=Pearson/Addison Wesley|year=1999|isbn=0-13-805326-X|edition=3rd|page=323}} and {{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=dpnpMhw1zo8C&pg=PA153&dq=isbn=0-7637-3827-1#PPA204,M1|title=Introduction to Electromagnetic Theory|last=Tai L Chow|publisher=Jones & Bartlett|year=2006|isbn=0-7637-3827-1|page=204}}</ref>
 
بخش دوم در سمت راست با نام چگالی جریان قطبش شناخته می‌شود و ناشی از تغییر در [[چگالی قطبش|قطبش]] مولکول‌های تک در مواد دی الکتریک است. قطبش زمانی اتفاق می‌افتد که که تحت تاثیرتأثیر اعمال [[میدان الکتریکی]] بارهای متفاوت یک مولکول از حالت لغو کامل یکدیگر شکل دیگری می‌گیرند. بارهای مثبت و منفی در مولکول هایمولکول‌های جدا می‌شوند و باعث افزایش حالت قطبش '''''P''''' می‌شوند. یک تغییر حالت قطبش مربوط به جابجایی بار است و بنابراین معادل یک جریان بوده و از این رو اصطلاح «جریان قطبش» دارد.
 
بنابراین <math>\boldsymbol{I}_ \boldsymbol{D} =\iint_{\mathcal S}\boldsymbol{J}_ \boldsymbol{D}\cdot\operatorname{d}\!\boldsymbol{S}=\iint_{\mathcal S}\frac{\partial \boldsymbol{D}}{\partial t}\cdot\operatorname{d}\!\boldsymbol{S}=\frac{\partial }{\partial t}\iint_{\mathcal S} \boldsymbol{D}\cdot\operatorname{d}\!\boldsymbol{S}=\frac{\partial \Phi_D}{\partial t}\! </math>
بنابراین <math />
 
این قطبش جریان جابجایی است که در ابتدا توسط ماکسول تصور می شدمی‌شد. ماکسول هیچ نوع خاصی برای خلاء در نظر نگرفت و آن را یک ماده فیزیکی تصور کرد. برای ماکسول اثر '''''P''''' به سادگی تغییر [[گذردهی نسبی]] ''ε<sub>r</sub>'' در رابطه '''''D''''' = ''ε<sub>r</sub>ε<sub>0</sub>'' '''''E'''''است.
 
توضیح مدرن جریان جابجایی در بخش زیر توضیح داده شده استشده‌است.
 
=== مورد دی الکتریک همسانگرد ===
در مورد بسیار ساده مواد دی الکتریک مواد رابطه تشکیل‌دهنده برقرار است:
 
:<math> \boldsymbol{D} = \varepsilon \boldsymbol{E} \ , </math>
: <math />
 
که در آن [[گذردهی (فیزیک)|گذردهی]] ''ε = ε<sub>0</sub> ε<sub>r</sub>'' است ▼
 
▲که در آن [[گذردهی (فیزیک)|گذردهی]] ''ε = ε<sub>0</sub> ε<sub>r</sub>'' است
* ''ε<sub>r</sub>'' گذردهی نسبی دی الکتریک است و
* ''ε<sub>0</sub>'' و [[ثابت گذردهی خلأ]] است.
سطر ۴۲ ⟵ ۴۱:
 
مقدار [[کمیت نرده‌ای|عددی]] جریان جابجایی نیز ممکن است از نظر شار [[شار الکتریکی|الکتریکی]] بیان شود:
:<math> I_\mathrm{D} =\varepsilon \frac{\partial \Phi_E}{\partial t}. </math>
 
فرم‌های ''ε'' فقط برای مواد به صورت خطی [[همسان‌گردی|همسانگرد]] صحیح هستند. به طوربه‌طور عمومی ''ε'' می‌تواند با یک [[تانسور]] بیان شود و بستگی به خود میدان الکتریکی داشته باشد و حتی ممکن است وابستگی زمانی نشان دهد (پراکندگی).▼
: <math />
 
▲فرم‌های ''ε'' فقط برای مواد به صورت خطی [[همسان‌گردی|همسانگرد]] صحیح هستند. به طور عمومی ''ε'' می‌تواند با یک [[تانسور]] بیان شود و بستگی به خود میدان الکتریکی داشته باشد و حتی ممکن است وابستگی زمانی نشان دهد (پراکندگی).
 
برای یک دی الکتریک خطی همسانگرد، قطبش '''''P''''' مشخص می‌شود:
 
:<math>\boldsymbol{P} = \varepsilon_0 \chi_e \boldsymbol{E} = \varepsilon_0 (\varepsilon_r - 1) \boldsymbol{E}</math>
: <math />
 
که در آن ''χ<sub>e</sub>'' به عنوان [[ضریب حساسیت الکتریکی]] دی الکتریک شناخته شده است شده‌است. توجه داشته باشید که:
 
:<math>\varepsilon = \varepsilon_r \varepsilon_0 = (1+\chi_e)\varepsilon_0. </math>
: <math />
 
== جستارهای وابسته ==
 
* [[معادله موج الکترومغناطیس]]
* [[قانون آمپر|قانون آمپر و قانون]]
* [[ظرفیت خازنی|خازن]]
 
== منابع ==
{{reflistپانویس}}
[[رده:جریان الکتریکی]]
[[رده:الکترودینامیک]]
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/جریان_جابجایی»