Elektromanyetizmada yer değiştirme akımı değişim oranıyla tanımlanan bir niceliktir. Yer değiştirme akımının birimi akım yoğunluğu cinsinden ifade edilir. Yer değiştirme akımı gerçek akımlar gibi manyetik alan üretir. Yer değiştirme akımı hareketli yüklerin yarattığı bir elektrik akımı değil; zamana bağlı olarak değişim gösteren elektrik alanıdır. Maddelerde, atomun içerisinde bulunan yüklerin küçük hareketlerinin de buna bir katkısı vardır ki buna denir.
Bu düşünce James Clerk Maxwell tarafından 1861'de yayınladığı Fiziksel Kuvvet Çizgileri Üzerine[] makalesinde elektriksel parçacıklarının dielektrik ortamdaki hareketi bağlamında açıklandı. Maxwell yer değiştirme akımını 'ndaki elektrik akımı ile toplayarak değiştirdi. Maxwell, 1865'te, bir makalesinde, , bu değiştirilmiş 'nı kullanarak elektromanyetik dalga denklemini elde etti. Bu çalışmanın elektrik, manyetizma ve optiği birleştirmiş olmasından dolayı, bu olay genellikle fizik açısından tarihsel bir dönüm noktası olarak kabul edilmektedir. Yer değiştirme akımı terimi, Maxwell denklemlerini tamamlayan oldukça önemli bir katkı olarak kabul edildiği gibi birçok fenomeni, özellikle de elektromanyetik dalgaların varlığını açıklamaktadır.
Açıklama
şöyle tanımlanmaktadır:
burada
- ε0: uzayın katsayısı
- E:
- P: ortam 'u
Bu denklemin zamana göre türevi, dielektrik olarak iki bileşeni olan "yer değiştirme akımı"nı vermektedir:
Sağ taraftaki ilk terim madde ortamında ve boş uzayda verilmiştir. Bu terim, gerçek yük hareketini içermek zorunda değildir, fakat tıpkı hareketli yüklerin yarattığı gibi bir manyetik alan katkısına sahiptir. Bazı yazarlar "yer değiştirme akımı" adını sadece bu katkı için kullanırlar.
Sağ taraftaki ikinci terim ise dielektrik madde içerisindeki her bir moleküle ait . Dielektrik malzemenin tek tek moleküllerin | sağ taraftaki ikinci terim ile ilişkilidir. Polarizasyon, uygulanan elektrik alan içerisinde moleküllerin içerisinde yüklerin az bir miktar hareket etmesine neden olur. Artı ve eksi yüklü parçacıkların molekül içerisinde birbirinden uzaklaşmaları polarizasyon P durumunun şiddetlenmesine neden olur. Bir polarizasyon durumunun değişmesi de bir yük hareketine karşılık gelir ve bu yüzden bir akımla eşdeğerdir.
Bu polarizasyon yer değiştirme akımıdır ve bu Maxwell tarafından ortaya atılmıştı. Maxwell, vakum ortamı için özel bir düzeltme yapmadı ve bu ortama bir madde ortamı gibi yaklaştı. Maxwell için, P etkisi basitçe D = εrε0 E denklemindeki εr değişimiydi.
Yer değiştirme akımının modern açıklaması aşağıdadır.
İzotropik dielektrik durumu
Basit bir dielektrik malzemede şunu sağlamalıdır:
Burada ε = ε0 εr,
- εr dielektriğin göreli geçirgenliği ve
- ε0 .
Bu denklemde, ε, dielektrik polarizasyon hesaplanması içindir.
skaler değer açısından yer değiştirme akımı elektrik akısı cinsinden de ifade edilebilir.
ε cinsinden gösterimler sadece doğrusal izotropik malzemeler için doğrudur. Daha genel olarak ε yerine bir tensör kullanılabilir. Bu tensör elektrik alanına bağlı olabilir ve zamana bağlılık (dağılım) gösterebilir.
Doğrusal bir izotropik dielektrik için, polarizasyon P şöyle verilir:
burada χe olarak bilinen dielektrik için .
Gereklilik
Bazı etkileri deneysel gözlem ile kabul edilmiş olan yer değiştirme akımı, elektromanyetizma teorisi için mantıksal tutarlılık gerekliliklerini sağlamaktadır.
Ampère devre yasasının genelleştirilmesi
Kapasitörlerdeki Akımlar
İki plakası arasından bir ortam bulunmayan kapasitörler düşünüldüğünde alındığında yer değiştirme akımı bir gereklilik olarak ortaya çıkmaktadır. Resimdeki şarj olan kondansatörü ele alalım. Devrede bulunan kapasitör iki plaka arasındaki elektrik alanın artırarak sol plakadan sağ plakaya yükleri taşımaktadır (kapasitörün dışındaki bir tel üzerinden). Aynı akım (I diyelim) sağ plaka gelir ve sol plakadan ayrılır. Akımın kondansatör üzerinden akmasına rağmen, hiçbir yük iki plaka arasındaki vakum üzerinden taşınmamaktadır. Bununla birlikte, plakalar arasında bir akım varmış gibi bir manyetik alan oluşur. Bunun açıklaması, vakum içerisinde "yer değiştirme akımının" ID akması ve bu akımın bu bölgede Ampère Yasasına göre bir manyetik alan oluşturmasıdır.
burada
- , C eğrisi üzerinde kapalı çizgi integrali
- , manyetik alan, tesla biriminde.
- , vektörel .
- , Cnin difarensiyel elemanı (yani, sonsuzküçük uzunluktaki bir çizgi elementine ve "C" eğrisine teğet yöndeki bir vektör').
- , , boş uzay geçirgenliği.
- , C eğrisine bağlı yer değiştirme akımı
Plakalar arasındaki manyetik alanla plakaların dışındaki aynıdır. Bu yüzden yer değiştirme akımı teldeki iletim akımıyla aynı olmalıdır, yani,
bu, akım kavramını, yük taşıma kavramının ötesine genişletmektedir.
Bu yer değiştirme akımı, kapasitörü yüklenmesiyle ilgilidir. Sol plakayı çevreleyen hayali silindirik yüzeyde bir akım düşünün. Silindirin sol yüzeyinden, L, dışarı doğru çıkan bir akım olsun, buna I diyelim, fakat sağ yüzeye, R, giren herhangi gerçek bir akım (yük taşınmasıyla oluşan) yoktur. Dikkat edin, kapasitörün yüklenme miktarı arttıkça plakalar arasındaki elektrik alan E şiddeti de artacaktır. Bu durum, plakalar arasındaki hiçbir dielektrik olmadığı varsayılarak Gauss yasası tarafından açıklanır:
burada S hayali silindirik yüzeyi ifade eder. Düzgün bir elektrik alanı olan paralel plakalara sahip bir kapasitör olduğunu varsayalım ve plakaların uçları etrafındaki saçaklanma etkisini yok sayalım, burada şu sonuca ulaşırız:
burada, yükler plakayı terk ettiği için işaret eksidir (yük azalmaktadır) ve yine burada S dediğimiz R yüzeyinin alanıdır. L yüzeyindeki elektrik alan sıfırdır; çünkü sağ taraftaki plakanın elektrik yükü miktarı sol plakadakiyle eşit ve zıt işaretli olduğu için birbirini götürmektedir. Kondansatör içinde elektrik alanın düzgün bir dağılım gösterdiği varsayılırsa yer değiştirme akım yoğunluğu' 'JD, yer değiştirme akımının yüzey alanına bölünmesi ile bulunur:
burada I silindirik yüzeyi terk eden akımdır (bu değer −ID değerin eşittir, çünkü iki akım toplamı sıfırı vermektedir.) ve JD ise R silindirik yüzeyinden geçen birim alandaki akım yoğunluğudur.
Bu sonuçları birleştirecek olursak, manyetik alan, Ampère yasası sayesinde, yer değiştirme akımı yoğunluğunun ve iletimsel akım yoğunluğunun bir yüzey üzerinden integrali şeklinde bulunur. Bu sonuçların birleştirilmesi, manyetik alan kontür bir keyfi seçim ile yer değiştirme akım yoğunluğu terimi iletim akım yoğunluğu (Amper-Maxwell denklemi) eklenir sağlanan, ayrılmaz formunu kullanarak bulundu.
Bu denklem der ki, manyetik alanın B bir düğüm ∂S etrafındaki integrali, akım yoğunluğunun J ve yer değiştirme akımının ε0 ∂E / ∂t yüzey üzerinden integraline eşittir. Ampère-Maxwell denklemini S1 yüzeyine uygularsak, şunu buluruz:
Ancak, bu kanunun eğrisi tarafından sınırlandırılan ve plakalar arasında bulunan S2 yüzeyine uygulanmasıyla, şu elde edilir:
I akımına sahip bir tel ile kesişen herhangi bir yüzey Ampère yasası sayesinde olması gereken manyetik alanı verir. Ayrıca, aynı eğri tarafından çevrelenen, kapasitörün plakaları arasından geçen herhangi başka bir yüzeyden bir akım geçmemekte ve ε0 ∂E / ∂t terimi iletimsel akımınınkine katkı olarak manyetik alan kaynağı oluşturmaktadır. Kondansatör plakalarındaki yük miktarının artmasıyla, bu plakalar arasındaki elektrik alan şiddeti de artmaktadır ve elektrik alnın değişim oranı yukarıda bulduğumuz B manyetik alnının gerçek değerini vermektedir.
Matematiksel formülasyon
Daha matematiksel bir tarzla, temel diferansiyel denklemlerle, aynı sonuçları elde edilebilir. Basitleştirmek için manyetik olmayan bir ortam düşünün, burada (bağıl manyetik geçirgenlik) birdir ve yoktur. Bir hacmi terk eden akım, bu hacmin yük miktarının azalma oranına eşit olmak zorundadır. Diferansiyel formda, bu (süreklilik denklemi) şu hale gelir:
burada sol taraf serbest akım yoğunluğunun diverjansı, sağ taraf ise serbest yük yoğunluğunun azalma oranıdır. Ancak, Ampère yasası kendi orijinal haliyle şunu ortaya koyar:
burada akım teriminin diverjansı süreklilik denklemine uymadığı için yok edilir. (Diverjansın yok edilmesi bir sonucudur. Yani rotasyonelin diverjansı her zaman sıfırdır.) Bu sorun, yer değiştirme akımı ilave edilerek kaldırılır:
ve
bu, Gauss yasası sayesinde süreklilik denklemiyle tutarlılık gösterir:
Dalga yayılımı
Bu eklenen yer değiştirme akımı, manyetik alan denkleminin rotasyoneliyle dalga yayılımını ortaya çıkarır.
Bu J formunu Ampère yasası içerisine yerleştirirsek ve bağlı ya da serbest akım yoğunluğunun J'ye bir katkısının olmadığını varsayarsak:
şu sonuçla:
Ancak,
dalga denklemini ortaya çıkarır:
vektör özdeşliği kullanacak olursak, herhangi bir vektör alanı V(r, t) aşağıdaki denklemi sağlayacaktır:
ve manyetik alanın diverjansının sıfır olduğu bir gerçektir. Aynı dalga denklemi elektrik alanın rotasyoneli alınarak da bulunabilir:
Eğer J, P ve ρ sıfırsa, sonuç şöyledir:
Elektrik alan genel şekilde ifade edilebilir:
burada φ (bu, Poisson denklemini sağlayacak şekilde seçilebilir) ve A . Sağ taraftaki ∇φ bileşeni Gauss yasası bileşenidir ve bu bileşen yukarıda verilen yük korunumu iddiasına dayanmaktadır. Sağ taraftaki ikinci terim ise elektromanyetik dalga denklemiyle alakalıdır; çünkü bu terim E'nin rotasyoneline katkı sunmaktadır. Çünkü vektör özdeşliğine göre gradyanın rotasyoneli sıfırdır, ∇φ' ifadesi ∇×E ifadesine bir katkı sunmamaktadır.
Tarih ve yorumlanması
Maxwell'in yer değiştirme akımı onun 1861'de yayınladığı 'Fiziksel Kuvvet Çizgileri Üzerine' makalesinin 3. bölümünde ortaya atılmıştı. Modern fizikteki az sayıda başlık da yer değiştirme akımı gibi karışıklıklara ve yanlış anlaşılmalara neden olmuştu. Bu durum Maxwell'in moleküler girdaplar denizini kullanmasının bir sonucuyken modern ders kitapları yer değiştirme akımının boş uzayda var olmasını temel alarak çalışıyorlar. Maxwell'in işlemlerindeki türetişleri, modern yer değiştirme akımı türetişleriyle tamamen farklıydı. Modern türetişler Ampère yasasındaki manyetik alanın ve süreklilik denkleminin elektrik yükleri için sağlanması üzerine kuruludur.
Maxwell'in gayesi yine kendisi tarafından (Bölüm 1, s.161)'de şöyle ifade edilmiş:
Ben şimdi mekanik bir bakış açısıyla manyetik olguyu açıklamayı hedefliyorum ve hangi gerilimlerin oluştuğunu ya da hareketlerin oluştuğunu, nasıl bir ortamın gözlemlenen mekanik olguyu açıklayabileceğini belirlemeye çalışıyorum.
O, bir benzetmeyle düzeltmeyi gösterecek kadar da dikkatli:
Yazarın metodunun betimlemesi, elastik katı üzerinde gözlemlediğimiz bükülmeleri yaratan kuvvetin kökenini açıklamaya çalışmayacak; fakat iki problemin matematiksel benzerliklerinden faydalanarak bu iki problemin üzerine çalışılmasında hayal gücüne katkı sunacak.
Bölüm 3'te, yer değiştirme akımıyla alakalı olarak şöyle diyor:
Ben dönen maddeyi belirli hücrelerin özü olarak anladım. Bu hücreler, hücrelere kıyasla oldukça küçük parçacıklardan oluşan hücre duvarları ve bu parçacıkların hareketleriyle ve bunların madde yüzeyindeki hücre içindeki teğetsel hareketiyle ayrılan -ki bu dönüş bir hücreden diğerine nakledilmektedir- hücrelerdir.
Açıkça görülüyor ki, aynı giriş dielektrik polarizasyonda olsa da Maxwell mıknatıslanma üzerinden gidiyordu.
Maxwell, Newton'un sesin hızı için kullandığı denklemi (Kuvvet Çizgileri, Bölüm 3, denklem (132)) kullanarak şu sonuca vardı, "ışık aynı ortam içerisinde manyetik ve elektrik olgular sonucunda birbirine dik dalgalanmalara sahiptir."
Yukarıdaki denklemler yer değiştirme akımının manyetik açıklamasına işaret etse de, örneğin rotasyonelin diverjansı denklemi temel alınarak, Maxwell'in açıklaması en sonunda dielektriğin doğrusal polarizasyonuna vurgu yaptı.
Bu yer değiştirme... bir akımın başlangıcıdır... Yer değiştirme miktarı cismin doğasına ve elektromotor kuvvetine bağlıdır. Yani, eğer h yer değiştirme, R elektromotor kuvveti ve E dielektriğe bağlı bir sabitse:
ve eğer r yer değişiminin sonucu oluşan elektrik akımıysa
Bu ilişkiler dielektriklerin mekaniği teorisinden bağımsızdırlar; fakat dielektrik içerisindeki elektrik yer değiştirmeyi üreten bir elektromotor kuvveti bulduğumuzda ve elektrik yer değişimi durumundan dielektrik toparlanmayı bulduğumuzda... bu fenomenle ilgili olarak elastik cismin bir basınçla bükülmesi ve basıncı kaldırdığımızda eski haline geri gelmesi gibi bir çözüm bulamayız. —Bölüm III – Moleküler girdaplar teorisi statik elektriğe uygulandı, s. 14-15
Bazı sembollerin (ve birimlerin) değişimiyle: r → J, R → −E ve madde sabiti E−2 → 4π εrε0, bu denklemler şu şekli alır:
O, 1865'teki makalesinde elektromanyetik dalga denklemini yer değiştirme akımından türetti. Gauss yasası ve dielektrik yer değiştirmedeki Gauss terimini eleyerek ve dalga denklemini seleonidsel manyetik alan vektörü için türeterek sıfır olmayan diverjans problemine yaklaştı.
Maxwell'in polarizasyon üzerindeki vurgusu dikkatleri elektrik kapasitör devresine çevirdi. Bu, Maxwell'in yer değiştirme akımını, elektrik kapasitör devresindeki yük korunumunun sağlanması için düşündüğüne dair yaygın inanışlara yok açtı. Maxwell'in düşünüşü hakkında, O'nun, alan denklemlerinde mükemmel bir simetri olmasını arzuladığından tutalım da süreklilik denklemine uyumluluk elde etme arzusunun bulunduğuna kadar, birçok tartışmalı kanı vardır.
Kaynakça
- ^ John D Jackson (1999). Classical Electrodynamics (3rd Edition bas.). Wiley. s. 238. ISBN .
- ^ David J Griffiths (1999). Introduction to Electrodynamics (3rd Edition bas.). Pearson/Addison Wesley. s. 323. ISBN . and Tai L Chow (2006). Introduction to Electromagnetic Theory. Jones & Bartlett. s. 204. ISBN . 1 Ağustos 2016 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 25 Ocak 2012.
- ^ a b Stuart B. Palmer, Mircea S. Rogalski (1996). Advanced University Physics. Taylor & Francis. s. 214. ISBN . 4 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 25 Ocak 2012.
- ^ Raymond A. Serway, John W. Jewett (2006). Principles of Physics. Thomson Brooks/Cole. s. 807. ISBN . 4 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 25 Ocak 2012.
- ^ from Feynman, Richard P. (1963). The Feynman Lectures on Physics, Vol. 2. Massachusetts, USA: Addison-Wesley. ss. 18-4. ISBN .
- ^ Raymond Bonnett, Shane Cloude (1995). An Introduction to Electromagnetic Wave Propagation and Antennas. Taylor & Francis. s. 16. ISBN .
- ^ JC Slater and NH Frank (1969). Electromagnetism (Reprint of 1947 edition bas.). Courier Dover Publications. s. 84. ISBN . 3 Aralık 2016 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 25 Ocak 2012.
- ^ JC Slater and NH Frank. Electromagnetism (op. cit. bas.). s. 91. ISBN . 3 Aralık 2016 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 25 Ocak 2012.
- ^ J Billingham, A C King (2006). Wave Motion. Cambridge University Press. s. 182. ISBN .
- ^ Daniel M. Siegel (2003). Innovation in Maxwell's Electromagnetic Theory. Cambridge University Press. s. 85. ISBN .
- ^ Paul J. Nahin (2002). Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. Johns Hopkins University Press. s. 109. ISBN . 22 Eylül 2014 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 25 Ocak 2012.
- ^ Vyacheslav Stepin (2002). Theoretical Knowledge. Springer. s. 202. ISBN .
Maxwell'in makaleleri
- Maxwell's paper of 1855
- On Physical Lines of Force Maxwell's paper of 1861
- A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field Maxwell's paper of 1864
Konuyla ilgili yayınlar
- AM Bork Maxwell, Displacement Current, and Symmetry (1963)
- AM Bork Maxwell and the Electromagnetic Wave Equation (1967)
Ayrıca bakınız
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Elektromanyetizmada yer degistirme akimi degisim oraniyla tanimlanan bir niceliktir Yer degistirme akiminin birimi akim yogunlugu cinsinden ifade edilir Yer degistirme akimi gercek akimlar gibi manyetik alan uretir Yer degistirme akimi hareketli yuklerin yarattigi bir elektrik akimi degil zamana bagli olarak degisim gosteren elektrik alanidir Maddelerde atomun icerisinde bulunan yuklerin kucuk hareketlerinin de buna bir katkisi vardir ki buna denir Bu dusunce James Clerk Maxwell tarafindan 1861 de yayinladigi Fiziksel Kuvvet Cizgileri Uzerine kaynak belirtilmeli makalesinde elektriksel parcaciklarinin dielektrik ortamdaki hareketi baglaminda aciklandi Maxwell yer degistirme akimini ndaki elektrik akimi ile toplayarak degistirdi Maxwell 1865 te bir makalesinde bu degistirilmis ni kullanarak elektromanyetik dalga denklemini elde etti Bu calismanin elektrik manyetizma ve optigi birlestirmis olmasindan dolayi bu olay genellikle fizik acisindan tarihsel bir donum noktasi olarak kabul edilmektedir Yer degistirme akimi terimi Maxwell denklemlerini tamamlayan oldukca onemli bir katki olarak kabul edildigi gibi bircok fenomeni ozellikle de elektromanyetik dalgalarin varligini aciklamaktadir Aciklamasoyle tanimlanmaktadir D e0E P displaystyle boldsymbol D varepsilon 0 boldsymbol E boldsymbol P burada e0 uzayin katsayisi E P ortam u Bu denklemin zamana gore turevi dielektrik olarak iki bileseni olan yer degistirme akimi ni vermektedir JD e0 E t P t displaystyle boldsymbol J boldsymbol D varepsilon 0 frac partial boldsymbol E partial t frac partial boldsymbol P partial t Sag taraftaki ilk terim madde ortaminda ve bos uzayda verilmistir Bu terim gercek yuk hareketini icermek zorunda degildir fakat tipki hareketli yuklerin yarattigi gibi bir manyetik alan katkisina sahiptir Bazi yazarlar yer degistirme akimi adini sadece bu katki icin kullanirlar Sag taraftaki ikinci terim ise dielektrik madde icerisindeki her bir molekule ait Dielektrik malzemenin tek tek molekullerin sag taraftaki ikinci terim ile iliskilidir Polarizasyon uygulanan elektrik alan icerisinde molekullerin icerisinde yuklerin az bir miktar hareket etmesine neden olur Arti ve eksi yuklu parcaciklarin molekul icerisinde birbirinden uzaklasmalari polarizasyon P durumunun siddetlenmesine neden olur Bir polarizasyon durumunun degismesi de bir yuk hareketine karsilik gelir ve bu yuzden bir akimla esdegerdir Bu polarizasyon yer degistirme akimidir ve bu Maxwell tarafindan ortaya atilmisti Maxwell vakum ortami icin ozel bir duzeltme yapmadi ve bu ortama bir madde ortami gibi yaklasti Maxwell icin P etkisi basitce D ere0 E denklemindeki er degisimiydi Yer degistirme akiminin modern aciklamasi asagidadir Izotropik dielektrik durumu Basit bir dielektrik malzemede sunu saglamalidir D eE displaystyle boldsymbol D varepsilon boldsymbol E Burada e e0 er er dielektrigin goreli gecirgenligi ve e0 Bu denklemde e dielektrik polarizasyon hesaplanmasi icindir skaler deger acisindan yer degistirme akimi elektrik akisi cinsinden de ifade edilebilir ID e FE t displaystyle I mathrm D varepsilon frac partial Phi E partial t e cinsinden gosterimler sadece dogrusal izotropik malzemeler icin dogrudur Daha genel olarak e yerine bir tensor kullanilabilir Bu tensor elektrik alanina bagli olabilir ve zamana baglilik dagilim gosterebilir Dogrusal bir izotropik dielektrik icin polarizasyon P soyle verilir P e0xeE e0 er 1 E displaystyle boldsymbol P varepsilon 0 chi e boldsymbol E varepsilon 0 varepsilon r 1 boldsymbol E burada xe olarak bilinen dielektrik icin e ere0 1 xe e0 displaystyle varepsilon varepsilon r varepsilon 0 1 chi e varepsilon 0 GereklilikBazi etkileri deneysel gozlem ile kabul edilmis olan yer degistirme akimi elektromanyetizma teorisi icin mantiksal tutarlilik gerekliliklerini saglamaktadir Ampere devre yasasinin genellestirilmesi Kapasitorlerdeki Akimlar Iki plakasi arasindan bir ortam bulunmayan kapasitorler dusunuldugunde alindiginda yer degistirme akimi bir gereklilik olarak ortaya cikmaktadir Resimdeki sarj olan kondansatoru ele alalim Devrede bulunan kapasitor iki plaka arasindaki elektrik alanin artirarak sol plakadan sag plakaya yukleri tasimaktadir kapasitorun disindaki bir tel uzerinden Ayni akim I diyelim sag plaka gelir ve sol plakadan ayrilir Akimin kondansator uzerinden akmasina ragmen hicbir yuk iki plaka arasindaki vakum uzerinden tasinmamaktadir Bununla birlikte plakalar arasinda bir akim varmis gibi bir manyetik alan olusur Bunun aciklamasi vakum icerisinde yer degistirme akiminin ID akmasi ve bu akimin bu bolgede Ampere Yasasina gore bir manyetik alan olusturmasidir Elektrikle yuklenen ve sol taraftaki plakayi cevreleyen hayali bir silindirik yuzeyi olan kapasitor Sag taraftaki yuzey R plakalarin arasindaki boslukta ve sol taraftaki yuzey L sol taraftaki plakanin solunda Silindirin R yuzeyine herhangi bir iletim akimi girmezken I akimi L yuzeyinden ayriliyor Amper kanununun tutarliligu geregi yer degistirme akimi ID I R yuzeyinin icinden akiyor CB dℓ m0ID displaystyle oint C mathbf B boldsymbol cdot mathrm d boldsymbol ell mu 0 I D burada C displaystyle oint C C egrisi uzerinde kapali cizgi integrali B displaystyle mathbf B manyetik alan tesla biriminde displaystyle boldsymbol cdot vektorel dℓ displaystyle mathrm d boldsymbol ell Cnin difarensiyel elemani yani sonsuzkucuk uzunluktaki bir cizgi elementine ve C egrisine teget yondeki bir vektor m0 displaystyle mu 0 bos uzay gecirgenligi ID displaystyle I D C egrisine bagli yer degistirme akimi Plakalar arasindaki manyetik alanla plakalarin disindaki aynidir Bu yuzden yer degistirme akimi teldeki iletim akimiyla ayni olmalidir yani ID I displaystyle I D I bu akim kavramini yuk tasima kavraminin otesine genisletmektedir Bu yer degistirme akimi kapasitoru yuklenmesiyle ilgilidir Sol plakayi cevreleyen hayali silindirik yuzeyde bir akim dusunun Silindirin sol yuzeyinden L disari dogru cikan bir akim olsun buna I diyelim fakat sag yuzeye R giren herhangi gercek bir akim yuk tasinmasiyla olusan yoktur Dikkat edin kapasitorun yuklenme miktari arttikca plakalar arasindaki elektrik alan E siddeti de artacaktir Bu durum plakalar arasindaki hicbir dielektrik olmadigi varsayilarak Gauss yasasi tarafindan aciklanir Q t e0 SdS E t displaystyle Q t varepsilon 0 oint mathcal S d mathbf mathcal S boldsymbol cdot boldsymbol E t burada S hayali silindirik yuzeyi ifade eder Duzgun bir elektrik alani olan paralel plakalara sahip bir kapasitor oldugunu varsayalim ve plakalarin uclari etrafindaki sacaklanma etkisini yok sayalim burada su sonuca ulasiriz dQdt I e0 SdS E t S e0 E t displaystyle frac dQ dt mathit I varepsilon 0 oint mathcal S d mathbf mathcal S boldsymbol cdot frac partial boldsymbol E partial t approx S varepsilon 0 frac partial E partial t burada yukler plakayi terk ettigi icin isaret eksidir yuk azalmaktadir ve yine burada S dedigimiz R yuzeyinin alanidir L yuzeyindeki elektrik alan sifirdir cunku sag taraftaki plakanin elektrik yuku miktari sol plakadakiyle esit ve zit isaretli oldugu icin birbirini goturmektedir Kondansator icinde elektrik alanin duzgun bir dagilim gosterdigi varsayilirsa yer degistirme akim yogunlugu JD yer degistirme akiminin yuzey alanina bolunmesi ile bulunur JD IDS IS e0 E t D t displaystyle J D frac I D S frac I S varepsilon 0 frac partial E partial t frac partial D partial t burada I silindirik yuzeyi terk eden akimdir bu deger ID degerin esittir cunku iki akim toplami sifiri vermektedir ve JD ise R silindirik yuzeyinden gecen birim alandaki akim yogunlugudur Ornekte S tarafindan cevrelenen S1 ve S2 yuzeyleri gosterilmektedir Ancak S1 mevcut iletim akimi tarafindan delinmis S 2 ise yer degistirme akimi tarafindan delinmistir Bu sonuclari birlestirecek olursak manyetik alan Ampere yasasi sayesinde yer degistirme akimi yogunlugunun ve iletimsel akim yogunlugunun bir yuzey uzerinden integrali seklinde bulunur Bu sonuclarin birlestirilmesi manyetik alan kontur bir keyfi secim ile yer degistirme akim yogunlugu terimi iletim akim yogunlugu Amper Maxwell denklemi eklenir saglanan ayrilmaz formunu kullanarak bulundu SB dℓ m0 S J ϵ0 E t dS displaystyle oint partial S boldsymbol B cdot d boldsymbol ell mu 0 int S boldsymbol J epsilon 0 frac partial boldsymbol E partial t cdot d boldsymbol S Bu denklem der ki manyetik alanin B bir dugum S etrafindaki integrali akim yogunlugunun J ve yer degistirme akiminin e0 E t yuzey uzerinden integraline esittir Ampere Maxwell denklemini S1 yuzeyine uygularsak sunu buluruz B m0I2pr displaystyle B frac mu 0 I 2 pi r Ancak bu kanunun S displaystyle partial S egrisi tarafindan sinirlandirilan ve plakalar arasinda bulunan S2 yuzeyine uygulanmasiyla su elde edilir B m0ID2pr displaystyle B frac mu 0 I D 2 pi r I akimina sahip bir tel ile kesisen herhangi bir yuzey Ampere yasasi sayesinde olmasi gereken manyetik alani verir Ayrica ayni egri tarafindan cevrelenen kapasitorun plakalari arasindan gecen herhangi baska bir yuzeyden bir akim gecmemekte ve e0 E t terimi iletimsel akimininkine katki olarak manyetik alan kaynagi olusturmaktadir Kondansator plakalarindaki yuk miktarinin artmasiyla bu plakalar arasindaki elektrik alan siddeti de artmaktadir ve elektrik alnin degisim orani yukarida buldugumuz B manyetik alninin gercek degerini vermektedir Matematiksel formulasyon Daha matematiksel bir tarzla temel diferansiyel denklemlerle ayni sonuclari elde edilebilir Basitlestirmek icin manyetik olmayan bir ortam dusunun burada bagil manyetik gecirgenlik birdir ve yoktur Bir hacmi terk eden akim bu hacmin yuk miktarinin azalma oranina esit olmak zorundadir Diferansiyel formda bu sureklilik denklemi su hale gelir Jf rf t displaystyle nabla boldsymbol cdot J f frac partial rho f partial t burada sol taraf serbest akim yogunlugunun diverjansi sag taraf ise serbest yuk yogunlugunun azalma oranidir Ancak Ampere yasasi kendi orijinal haliyle sunu ortaya koyar B m0Jf displaystyle boldsymbol nabla times B mu 0 boldsymbol J f burada akim teriminin diverjansi sureklilik denklemine uymadigi icin yok edilir Diverjansin yok edilmesi bir sonucudur Yani rotasyonelin diverjansi her zaman sifirdir Bu sorun yer degistirme akimi ilave edilerek kaldirilir B m0 J e0 E t m0 Jf D t displaystyle boldsymbol nabla times B mu 0 left boldsymbol J varepsilon 0 frac partial boldsymbol E partial t right mu 0 left boldsymbol J f frac partial boldsymbol D partial t right ve B 0 m0 Jf t D displaystyle boldsymbol nabla cdot left boldsymbol nabla times B right 0 mu 0 left nabla cdot boldsymbol J f frac partial partial t boldsymbol nabla cdot D right bu Gauss yasasi sayesinde sureklilik denklemiyle tutarlilik gosterir D rf displaystyle boldsymbol nabla cdot D rho f Dalga yayilimi Bu eklenen yer degistirme akimi manyetik alan denkleminin rotasyoneliyle dalga yayilimini ortaya cikarir JD ϵ0 E t displaystyle boldsymbol J D epsilon 0 frac partial boldsymbol E partial t Bu J formunu Ampere yasasi icerisine yerlestirirsek ve bagli ya da serbest akim yogunlugunun J ye bir katkisinin olmadigini varsayarsak B m0JD displaystyle boldsymbol nabla times B mu 0 boldsymbol J D su sonucla B m0ϵ0 t E displaystyle boldsymbol nabla times left boldsymbol nabla times B right mu 0 epsilon 0 frac partial partial t boldsymbol nabla times E Ancak E tB displaystyle boldsymbol nabla times E frac partial partial t boldsymbol B dalga denklemini ortaya cikarir B 2B m0ϵ0 2 t2B 1c2 2 t2B displaystyle boldsymbol nabla times left boldsymbol nabla times B right nabla 2 boldsymbol B mu 0 epsilon 0 frac partial 2 partial t 2 boldsymbol B frac 1 c 2 frac partial 2 partial t 2 boldsymbol B vektor ozdesligi kullanacak olursak herhangi bir vektor alani V r t asagidaki denklemi saglayacaktir V V 2V displaystyle boldsymbol nabla times left boldsymbol nabla times V right boldsymbol nabla left boldsymbol nabla cdot V right nabla 2 boldsymbol V ve manyetik alanin diverjansinin sifir oldugu bir gercektir Ayni dalga denklemi elektrik alanin rotasyoneli alinarak da bulunabilir E t B m0 t J ϵ0 tE displaystyle boldsymbol nabla times left boldsymbol nabla times E right frac partial partial t boldsymbol nabla times boldsymbol B mu 0 frac partial partial t left boldsymbol J epsilon 0 frac partial partial t boldsymbol E right Eger J P ve r sifirsa sonuc soyledir 2E m0ϵ0 2 t2E 1c2 2 t2E displaystyle nabla 2 boldsymbol E mu 0 epsilon 0 frac partial 2 partial t 2 boldsymbol E frac 1 c 2 frac partial 2 partial t 2 boldsymbol E Elektrik alan genel sekilde ifade edilebilir E f A t displaystyle boldsymbol E boldsymbol nabla varphi frac partial boldsymbol A partial t burada f bu Poisson denklemini saglayacak sekilde secilebilir ve A Sag taraftaki f bileseni Gauss yasasi bilesenidir ve bu bilesen yukarida verilen yuk korunumu iddiasina dayanmaktadir Sag taraftaki ikinci terim ise elektromanyetik dalga denklemiyle alakalidir cunku bu terim E nin rotasyoneline katki sunmaktadir Cunku vektor ozdesligine gore gradyanin rotasyoneli sifirdir f ifadesi Eifadesine bir katki sunmamaktadir Tarih ve yorumlanmasiMaxwell in yer degistirme akimi onun 1861 de yayinladigi Fiziksel Kuvvet Cizgileri Uzerine makalesinin 3 bolumunde ortaya atilmisti Modern fizikteki az sayida baslik da yer degistirme akimi gibi karisikliklara ve yanlis anlasilmalara neden olmustu Bu durum Maxwell in molekuler girdaplar denizini kullanmasinin bir sonucuyken modern ders kitaplari yer degistirme akiminin bos uzayda var olmasini temel alarak calisiyorlar Maxwell in islemlerindeki turetisleri modern yer degistirme akimi turetisleriyle tamamen farkliydi Modern turetisler Ampere yasasindaki manyetik alanin ve sureklilik denkleminin elektrik yukleri icin saglanmasi uzerine kuruludur Maxwell in gayesi yine kendisi tarafindan Bolum 1 s 161 de soyle ifade edilmis Ben simdi mekanik bir bakis acisiyla manyetik olguyu aciklamayi hedefliyorum ve hangi gerilimlerin olustugunu ya da hareketlerin olustugunu nasil bir ortamin gozlemlenen mekanik olguyu aciklayabilecegini belirlemeye calisiyorum O bir benzetmeyle duzeltmeyi gosterecek kadar da dikkatli Yazarin metodunun betimlemesi elastik kati uzerinde gozlemledigimiz bukulmeleri yaratan kuvvetin kokenini aciklamaya calismayacak fakat iki problemin matematiksel benzerliklerinden faydalanarak bu iki problemin uzerine calisilmasinda hayal gucune katki sunacak Bolum 3 te yer degistirme akimiyla alakali olarak soyle diyor Ben donen maddeyi belirli hucrelerin ozu olarak anladim Bu hucreler hucrelere kiyasla oldukca kucuk parcaciklardan olusan hucre duvarlari ve bu parcaciklarin hareketleriyle ve bunlarin madde yuzeyindeki hucre icindeki tegetsel hareketiyle ayrilan ki bu donus bir hucreden digerine nakledilmektedir hucrelerdir Acikca goruluyor ki ayni giris dielektrik polarizasyonda olsa da Maxwell miknatislanma uzerinden gidiyordu Maxwell Newton un sesin hizi icin kullandigi denklemi Kuvvet Cizgileri Bolum 3 denklem 132 kullanarak su sonuca vardi isik ayni ortam icerisinde manyetik ve elektrik olgular sonucunda birbirine dik dalgalanmalara sahiptir Yukaridaki denklemler yer degistirme akiminin manyetik aciklamasina isaret etse de ornegin rotasyonelin diverjansi denklemi temel alinarak Maxwell in aciklamasi en sonunda dielektrigin dogrusal polarizasyonuna vurgu yapti Bu yer degistirme bir akimin baslangicidir Yer degistirme miktari cismin dogasina ve elektromotor kuvvetine baglidir Yani eger h yer degistirme R elektromotor kuvveti ve E dielektrige bagli bir sabitse R 4pE2h displaystyle R 4 pi mathrm E 2 h dd dd ve eger r yer degisiminin sonucu olusan elektrik akimiysa r dhdt displaystyle r frac dh dt dd dd Bu iliskiler dielektriklerin mekanigi teorisinden bagimsizdirlar fakat dielektrik icerisindeki elektrik yer degistirmeyi ureten bir elektromotor kuvveti buldugumuzda ve elektrik yer degisimi durumundan dielektrik toparlanmayi buldugumuzda bu fenomenle ilgili olarak elastik cismin bir basincla bukulmesi ve basinci kaldirdigimizda eski haline geri gelmesi gibi bir cozum bulamayiz Bolum III Molekuler girdaplar teorisi statik elektrige uygulandi s 14 15 Bazi sembollerin ve birimlerin degisimiyle r J R E ve madde sabiti E 2 4p ere0 bu denklemler su sekli alir J ddt14pE2E ddtere0E ddtD displaystyle J frac d dt frac 1 4 pi mathrm E 2 mathit E frac d dt varepsilon r varepsilon 0 mathit E frac d dt mathit D dd O 1865 teki makalesinde elektromanyetik dalga denklemini yer degistirme akimindan turetti Gauss yasasi ve dielektrik yer degistirmedeki Gauss terimini eleyerek ve dalga denklemini seleonidsel manyetik alan vektoru icin tureterek sifir olmayan diverjans problemine yaklasti Maxwell in polarizasyon uzerindeki vurgusu dikkatleri elektrik kapasitor devresine cevirdi Bu Maxwell in yer degistirme akimini elektrik kapasitor devresindeki yuk korunumunun saglanmasi icin dusundugune dair yaygin inanislara yok acti Maxwell in dusunusu hakkinda O nun alan denklemlerinde mukemmel bir simetri olmasini arzuladigindan tutalim da sureklilik denklemine uyumluluk elde etme arzusunun bulunduguna kadar bircok tartismali kani vardir Kaynakca John D Jackson 1999 Classical Electrodynamics 3rd Edition bas Wiley s 238 ISBN 047130932X KB1 bakim Fazladan yazi link David J Griffiths 1999 Introduction to Electrodynamics 3rd Edition bas Pearson Addison Wesley s 323 ISBN 013805326X KB1 bakim Fazladan yazi link and Tai L Chow 2006 Introduction to Electromagnetic Theory Jones amp Bartlett s 204 ISBN 0763738271 1 Agustos 2016 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 25 Ocak 2012 a b Stuart B Palmer Mircea S Rogalski 1996 Advanced University Physics Taylor amp Francis s 214 ISBN 2884490655 4 Temmuz 2014 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 25 Ocak 2012 Raymond A Serway John W Jewett 2006 Principles of Physics Thomson Brooks Cole s 807 ISBN 053449143X 4 Temmuz 2014 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 25 Ocak 2012 from Feynman Richard P 1963 The Feynman Lectures on Physics Vol 2 Massachusetts USA Addison Wesley ss 18 4 ISBN 0201021161 Raymond Bonnett Shane Cloude 1995 An Introduction to Electromagnetic Wave Propagation and Antennas Taylor amp Francis s 16 ISBN 1857282418 JC Slater and NH Frank 1969 Electromagnetism Reprint of 1947 edition bas Courier Dover Publications s 84 ISBN 0486622630 3 Aralik 2016 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 25 Ocak 2012 KB1 bakim Fazladan yazi link JC Slater and NH Frank Electromagnetism op cit bas s 91 ISBN 0486622630 3 Aralik 2016 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 25 Ocak 2012 J Billingham A C King 2006 Wave Motion Cambridge University Press s 182 ISBN 0521634504 Daniel M Siegel 2003 Innovation in Maxwell s Electromagnetic Theory Cambridge University Press s 85 ISBN 0521533295 Paul J Nahin 2002 Oliver Heaviside The Life Work and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age Johns Hopkins University Press s 109 ISBN 0801869099 22 Eylul 2014 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 25 Ocak 2012 Vyacheslav Stepin 2002 Theoretical Knowledge Springer s 202 ISBN 1402030452 Maxwell in makaleleriMaxwell s paper of 1855 On Physical Lines of Force Maxwell s paper of 1861 A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field Maxwell s paper of 1864Konuyla ilgili yayinlarAM Bork Maxwell Displacement Current and Symmetry 1963 AM Bork Maxwell and the Electromagnetic Wave Equation 1967 Ayrica bakinizElektromanyetik dalga denklemi Ampere yasasi Siga