如何區別面電流和體電流?面電流密度,體電流密度。可以形象一些嗎?

為什麼體電流密度是對面積求微分,面電流密度確是對長度求微分。


面電流密度和體電流密度的名字和其他常見的「密度」物理量有點區別,比如電荷面密度是lim_{Delta  S 	o 0} dfrac{Delta q}{Delta S},代表在某一個小面上的電荷量除以這塊面積,是電荷在某一個面上的密度,而面電流密度和體電流密度則是「面電流」和「體電流」的密度。這個概念包含兩個部分。

1.面電流和體電流是什麼。面電流是在導體表面的電流。比如一個密繞的螺線管中的電流可以看成面電流,均勻磁化的磁介質磁化電流只在表面,於是定義了面電流,因為所有的電流線都在某一個曲面上。而體電流則好理解很多,就是在一塊導體中某一點通過的電流就屬於體電流,所有的電流線都在某一塊空間中。

2.密度的含義。密度是描述數量特徵的,一般用比值法定義。如果已經是在一個平面上的電流,再考慮一個小面積上的電流沒有意義,因為電流線是閉合曲線,穿入一小塊面積的電流線必定等於穿出的數量。所以定義面電流密度的時候我們取一個截線,看單位時間跑過去了多少電子(或者看有多少電流線穿過截線),然後除以截線的長度定義面電流密度。而當截線長度趨近於0的時候就是這一點的面電流密度。體電流密度也類似地,定義為穿過某一個截面的電流除以截面的面積。


電流是單位時間通過某一截面的電荷數,這是初中物理的定義。這個「某一截面」太寬泛了,如果截面太大就不夠精確,所以對面積求一下微分,也就是求一下單位面積上的電流數,叫做「電流密度」,又因為此時電流是在體中流動,故俗稱「體電流密度」。某一種特殊的電流只在某一個曲面上流動,那麼這種電流用剛才的概念不能刻畫,所以就計算一下在這個平面上的某一條截線上的電流。這個可以想像一下一杯水灑在桌子上,平鋪著流過,那麼刻畫流速就可以使用單位時間流過某一個截線的水量,同理,這個「截線」太寬泛了,所以就把對長度求一下微分,計算一下單位長度上的電流數,因為此時刻畫的是面電流,所以叫做「面電流密度」。


降維的思想。從體的三維到面的二維,面的二維到線的一維。

先佔坑,回去細答。


推薦閱讀:

遠古時代為什麼生物能長到那麼大 又是什麼原因突然之間滅亡了呢?
地殼厚度剖面圖是怎麼繪製的?
地球物理在深部勘探可以扮演什麼樣的角色?
怎麼高效地使用 Google Earth ?
為什麼大地水準面不是平滑的?

TAG:物理學 | 電磁學 | 物理科普 | 電磁場 | 地球物理學 |