因此,安培环路定理也必定总是成立的!
然而,天才的苏格兰物理学家麦克斯韦发现,当面对非稳恒电流电路时,安培环路定理却出现了矛盾 。
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典型的非稳恒电流出现在电容器充电和放电过程中 。如下图所示,在电容器充电的短暂过程中,存在一个非稳恒的电流 。
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但电路在电容器极板间是断开的,这将导致一个严重问题 。
设我们考虑某绕过导线的闭合路径,如下图所示中的C所标识的圆形,以它为边界的曲面可以任意选择,图中选择了C本身围住的圆平面 ,以及跨过电容器左极板的曲面 。
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根据圆面 ,可知 但根据曲面 却又有 但作为磁场强度的环路积分,它的值应该是确定的!
怎么办?
麦克斯韦相信,安培环路定理必须成立,现在出了问题,那必然是因为有一部分电流之前没有被我们发现,但它的确存在!
那么,怎么把这部分电流找出来呢?
既然问题出现在极板之间,那么就从极板之间入手 。
麦克斯韦通过分析发现,无论充电还是放电,每时每刻,电容器极板之间存在一个与电流大小和方向都同步的物理量 。它就是电位移矢量 的通量 的时间导数,即 于是定义 称之为位移电流 。
如果认为这部分就是之前没被发现的那部分电流的话,那么完整的电流现在是 也就是说,极板间电路虽然断开了,但电位移通量的导数和电流之和一起,作为一个整体 ,时刻保证了电流的连续性 。
回到前面的矛盾,现在知道了,按照斯托克斯定理的要求,当对闭合曲面计算电流密度的通量时,位移电流的密度也应该考虑,即 故完整的安培环路定理是 因此,通过“发现”这个新的电流成分,安培环路定理的危机解决了!
之所以这里不用“引入”,而用“发现”,想强调的是,这种电流不是一种数学上的弥补,而是切实存在的东西,只不过之前没发现而已 。
为什么说它是本来就存在的呢?因为它作为电流,与传导电流一样,等效地激发磁场,只不过没有电荷的运动,不需要导线引导,也不能产生焦耳热,因此一直被忽略了!
但它其实本身就存在,只不过低调点罢了,它一直就在那里默默的激发着磁场呢!
换句话说,当我们面对磁场时,原先对于电流的定义太狭隘了 。电流的本质不是电荷的运动,它应该是一种能激发磁场的东西 。
到此,电流的几种存在的形式都介绍完了 。它们都是客观存在的,它们的共同之处是:所有的电流都能等效的激发磁场 。
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