Qué es la corriente de desplazamiento : Derivación y sus propiedades

En la teoría electromagnética, el fenómeno del campo magnético puede explicarse en relación con un cambio en el campo eléctrico. El campo magnético se produce en el entorno de la corriente eléctrica (corriente de conducción). Ya que la corriente eléctrica puede estar en estado estacionario o en estado variable. El concepto de corriente de desplazamiento depende de la variación del tiempo del campo eléctrico E, desarrollado por el físico británico James Clerk Maxwell en el siglo XIX. Demostró que la corriente de desplazamiento es otro tipo de corriente, proporcional a la tasa de cambio de los campos eléctricos y también la explicó matemáticamente. Vamos a discutir la fórmula de la corriente de desplazamiento y su necesidad en este artículo.

¿Qué es la corriente de desplazamiento?

La corriente de desplazamiento se define como, el tipo de corriente que se produce debido a la velocidad del campo de desplazamiento eléctrico D. Es una cantidad variable en el tiempo introducida en las ecuaciones de Maxwell. Se explica en las unidades de la densidad de la corriente eléctrica. Se introduce en la ley de los circuitos de Ampere.
El Unidad SI de corriente de desplazamiento es el Amperio (Amp). La dimensión de ésta puede medirse en la unidad de longitud, que puede ser la máxima, la mínima o igual a la distancia real recorrida desde un punto inicial hasta el punto final.

Derivación

La fórmula de la corriente de desplazamiento, las dimensiones y derivación de la corriente de desplazamiento puede explicarse considerando el circuito básico, que da la corriente de desplazamiento en un condensador.

Considera un condensador de placas paralelas con una alimentación necesaria. Cuando la alimentación llega al condensador, éste comienza a cargarse y no habrá conducción de corriente inicialmente. Con el aumento del tiempo, el condensador se carga continuamente y se acumula sobre las placas. Durante la carga de un condensador con el tiempo, habrá un cambio en el campo eléctrico entre las placas que induce la corriente de desplazamiento.

A partir del circuito dado, considera el área del condensador de placas paralelas = S

Corriente de desplazamiento = Id

Jd = densidad de corriente de desplazamiento

d= €E es decir, relacionada con el campo eléctrico E

€ = permitividad del medio entre las placas de un condensador

La fórmula de la corriente de desplazamiento de un condensador viene dada por

Id= Jd × S = S [dD / dt]

Dado que Jd = dD/dt

A partir de la ecuación de Maxwell, podemos concluir que la corriente de desplazamiento tendrá la misma unidad y efecto sobre el campo magnético que la corriente de conducción.

▽×H=J+Jd

Donde,

H = campo magnético B como B=μH

μ = permeabilidad del medio entre las placas de un condensador

J = densidad de corriente conductora.

Jd = densidad de corriente de desplazamiento.

Como sabemos que ▽(▽×H)=0 y ▽.J=-∂ρ/∂t=-▽(∂D/∂t)

Utilizando la ley de Gauss que es ▽.D=ρ

Aquí, ρ = densidad de carga eléctrica.

Por tanto, podemos concluir que, Jd=∂D/∂t densidad de corriente de desplazamiento y es necesario equilibrar el lado derecho con el lado izquierdo de la ecuación.

La necesidad de la corriente de desplazamiento

No hay flujo de portadores de carga a través de las dos placas de un condensador y la corriente de conducción no tiene lugar a través de este aislamiento. Los efectos del campo magnético continuo entre las placas dan lugar a la corriente de desplazamiento. El tamaño de ésta puede calcularse a partir de la corriente de carga y descarga de un circuito, que es igual al tamaño de la corriente de conducción de un hilo conductor que conecta un condensador (punto inicial a punto final)

La necesidad de esto puede explicarse teniendo en cuenta los siguientes factores,

• En la radiación electromagnética, como las ondas de luz y las ondas de radio, se propagan en el espacio.
• Cuando la variación del campo magnético es directamente proporcional a la tasa de cambio del campo eléctrico.
• La corriente de desplazamiento es necesaria para producir el campo magnético entre las dos placas de un condensador.
• Se utiliza en el circuito de Amperios.
• La corriente de desplazamiento permite comprender cómo se propagan las ondas electromagnéticas a través de los espacios vacíos.

Corriente de desplazamiento en un condensador

Un condensador depende siempre de la corriente de desplazamiento y no de la corriente de conducción cuando la diferencia de potencial es inferior a la tensión máxima entre las placas. Como sabemos, el flujo de electrones da la corriente de conducción. Mientras que esta corriente en un condensador se debe a la tasa de cambio del campo eléctrico que equivale a la corriente que fluye a través de las placas.

Cuando se aplica la tensión máxima al condensador, éste empieza a cargarse y a conducir. Cuando se supera la tensión, entonces actúa como un conductor y da lugar a una corriente de conducción. En esta fase, se denomina ruptura de un condensador.

Diferencia entre corriente de conducción y corriente de desplazamiento

La diferencia entre la corriente de conducción y la corriente de desplazamiento incluye lo siguiente.

Propiedades

El propiedades de la corriente de desplazamiento se mencionan a continuación,

• Es una cantidad vectorial y obedece a la propiedad de continuidad en una trayectoria cerrada.
• Cambia con la velocidad de cambio de la corriente en un campo de densidad eléctrica.
• Da magnitudes nulas cuando la corriente en un campo eléctrico de un hilo es constante
• Depende del tiempo de variación de un campo eléctrico.
• Tiene tanto la dirección como la magnitud, que puede ser un valor positivo, negativo o cero
• La longitud puede tomarse como la distancia mínima desde el punto inicial hasta el punto final, independientemente de la trayectoria.
• Se puede medir en una unidad de longitud
• Tiene una magnitud de desplazamiento mínima o máxima o igual para un tiempo determinado a la distancia real del punto.
• Depende de un campo electromagnético.
• Da un valor cero cuando el punto inicial y el punto final son iguales

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