In an AC circuit with a parallel plate capacitor, the capacitor is charged by the alternating current (AC) source. In this scenario, we need to show that the sum of the conduction current (\( I_c \)) and the displacement current (\( I_d \)) is the same at all points of the circuit. Let's break down the process and derive the relation step by step.
When the capacitor is connected to the AC source, the current from the source charges the capacitor. The conduction current (\( I_c \)) is the current supplied by the AC source that flows through the wires leading to the capacitor. This current fluctuates sinusoidally because the voltage supplied by the AC source is time-varying.
The conduction current \( I_c \) in the circuit is related to the voltage \( V(t) \) supplied by the AC source. For a sinusoidal AC source, the current is given by Ohm's law or the capacitive reactance, where the relationship is:
\[ I_c(t) = C \frac{dV(t)}{dt} \]
where:The displacement current is a concept introduced to account for the time-varying electric field inside the capacitor. In a parallel plate capacitor, the electric field between the plates changes as the charge on the plates changes with time, due to the time-varying voltage from the AC source.
The displacement current \( I_d \) is defined by the relation:
\[ I_d = \epsilon_0 A \frac{dE}{dt} \]
where:Since the electric field \( E(t) \) between the plates is related to the voltage \( V(t) \) by the equation \( E(t) = \frac{V(t)}{d} \), where \( d \) is the separation between the plates, the displacement current can also be written as:
\[ I_d = \epsilon_0 A \frac{d}{dt} \left( \frac{V(t)}{d} \right) \]
Since \( d \) is constant (the distance between the plates does not change), we can simplify this to:
\[ I_d = \epsilon_0 A \frac{dV(t)}{dt} \]
We can now compare the expressions for the conduction current \( I_c \) and the displacement current \( I_d \). From the previous equations:
\[ I_c = C \frac{dV(t)}{dt} \]
and\[ I_d = \epsilon_0 A \frac{dV(t)}{dt} \]
Since the capacitance \( C \) of the capacitor is related to the area \( A \) of the plates and the distance \( d \) between them by the equation:
\[ C = \epsilon_0 \frac{A}{d} \]
Substituting this into the equation for \( I_c \), we get:
\[ I_c = \frac{A}{d} \frac{dV(t)}{dt} \]
Now, comparing this expression for \( I_c \) with the expression for \( I_d \), we see that:
\[ I_c = I_d \]
Therefore, the conduction current \( I_c \) and the displacement current \( I_d \) have the same value at all points in the circuit. This is because the conduction current in the circuit is responsible for charging the capacitor, and the displacement current arises due to the changing electric field inside the capacitor. Since the electric field and the voltage are related, the time rate of change of the voltage determines both currents, and thus they must be equal at every point in the circuit.
рд╣рдорд╛рд░реА рддрдерд╛рдХрдерд┐рдд рд╡рд┐рдХрд╕рд┐рдд рд╕рднреНрдпрддрд╛ рдЕрдкрдиреА рд╣реА рдкреНрд░рд╛рдЪреАрди рдЬреНрдЮрд╛рди рдкрд░рдВрдкрд░рд╛ рдХреЛ рднреВрд▓рдХрд░ рдкреНрд░рдХреГрддрд┐ рдХреЗ рд╕рд╛рде рдЦрд┐рд▓рд╡рд╛рдбрд╝ рдХрд░рддреЗ рд╣реБрдП рд╡рд┐рдирд╛рд╢ рдХреЛ рд░рд╛рд╕реНрддрд╛ рджреЗ рд░рд╣реА рд╣реИред тАШрдЕрдкрдирд╛ рдорд╛рд▓рд╡рд╛....тАЩ рдкрд╛рда рдХреЗ рдЖрдзрд╛рд░ рдкрд░ рд▓рд┐рдЦрд┐рдП рдХрд┐ рдРрд╕рд╛ рдХреИрд╕реЗ рдФрд░ рдХреНрдпреЛрдВ рд╣реЛ рд░рд╣рд╛ рд╣реИред
рдирд┐рдореНрдирд▓рд┐рдЦрд┐рдд рдЧрджреНрдпрд╛рдВрд╢ рдХреА рд╕рдкреНрд░рд╕рдВрдЧ рд╡реНрдпрд╛рдЦреНрдпрд╛ рдХреАрдЬрд┐рдП : тАШтАШрдХреБрдЯрдЬ рдХреЗ рдпреЗ рд╕реБрдВрджрд░ рдлреВрд▓ рдмрд╣реБрдд рдмреБрд░реЗ рддреЛ рдирд╣реАрдВ рд╣реИрдВ ред рдЬреЛ рдХрд╛рд▓рд┐рджрд╛рд╕ рдХреЗ рдХрд╛рдо рдЖрдпрд╛ рд╣реЛ рдЙрд╕реЗ реЫреНрдпрд╛рджрд╛ рдЗреЫреНреЫрдд рдорд┐рд▓рдиреА рдЪрд╛рд╣рд┐рдП ред рдорд┐рд▓реА рдХрдо рд╣реИ ред рдкрд░ рдЗреЫреНреЫрдд рддреЛ рдирд╕реАрдм рдХреА рдмрд╛рдд рд╣реИ ред рд░рд╣реАрдо рдХреЛ рдореИрдВ рдмреЬреЗ рдЖрджрд░ рдХреЗ рд╕рд╛рде рд╕реНрдорд░рдг рдХрд░рддрд╛ рд╣реВрдБ ред рджрд░рд┐рдпрд╛рджрд┐рд▓ рдЖрджрдореА рдереЗ, рдкрд╛рдпрд╛ рд╕реЛ рд▓реБрдЯрд╛рдпрд╛ ред рд▓реЗрдХрд┐рди рджреБрдирд┐рдпрд╛ рд╣реИ рдХрд┐ рдорддрд▓рдм рд╕реЗ рдорддрд▓рдм рд╣реИ, рд░рд╕ рдЪреВрд╕ рд▓реЗрддреА рд╣реИ, рдЫрд┐рд▓рдХрд╛ рдФрд░ рдЧреБрдард▓реА рдлреЗрдВрдХ рджреЗрддреА рд╣реИ ред рд╕реБрдирд╛ рд╣реИ, рд░рд╕ рдЪреВрд╕ рд▓реЗрдиреЗ рдХреЗ рдмрд╛рдж рд░рд╣реАрдо рдХреЛ рднреА рдлреЗрдВрдХ рджрд┐рдпрд╛ рдЧрдпрд╛ рдерд╛ ред рдПрдХ рдмрд╛рджрд╢рд╛рд╣ рдиреЗ рдЖрджрд░ рдХреЗ рд╕рд╛рде рдмреБрд▓рд╛рдпрд╛, рджреВрд╕рд░реЗ рдиреЗ рдлреЗрдВрдХ рджрд┐рдпрд╛ ! рд╣реБрдЖ рд╣реА рдХрд░рддрд╛ рд╣реИ ред рдЗрд╕рд╕реЗ рд░рд╣реАрдо рдХрд╛ рдореЛрд▓ рдШрдЯ рдирд╣реАрдВ рдЬрд╛рддрд╛ ред рдЙрдирдХреА рдлрдХреНрдХреЬрд╛рдирд╛ рдорд╕реНрддреА рдХрд╣реАрдВ рдЧрдИ рдирд╣реАрдВ ред рдЕрдЪреНрдЫреЗ-рднрд▓реЗ рдХрджреНрд░рджрд╛рди рдереЗ ред рд▓реЗрдХрд┐рди рдмреЬреЗ рд▓реЛрдЧреЛрдВ рдкрд░ рднреА рдХрднреА-рдХрднреА рдРрд╕реА рд╡рд┐рддреГрд╖реНрдгрд╛ рд╕рд╡рд╛рд░ рд╣реЛрддреА рд╣реИ рдХрд┐ рдЧрд▓рддреА рдХрд░ рдмреИрдарддреЗ рд╣реИрдВ ред рдорди рдЦрд░рд╛рдм рд░рд╣рд╛ рд╣реЛрдЧрд╛, рд▓реЛрдЧреЛрдВ рдХреА рдмреЗрд░реБрдЦреА рдФрд░ рдмреЗрдХрджрджрд╛рдиреА рд╕реЗ рдореБрд░рдЭрд╛ рдЧрдП рд╣реЛрдВрдЧреЗ тАУ рдРрд╕реА рд╣реА рдордирдГрд╕реНрдерд┐рддрд┐ рдореЗрдВ рдЙрдиреНрд╣реЛрдВрдиреЗ рдмрд┐рдЪрд╛рд░реЗ рдХреБрдЯрдЬ рдХреЛ рднреА рдПрдХ рдЪрдкрдд рд▓рдЧрд╛ рджреА редтАЩтАЩ
рдирд┐рдореНрдирд▓рд┐рдЦрд┐рдд рдЧрджреНрдпрд╛рдВрд╢ рдХреА рд╕рдкреНрд░рд╕рдВрдЧ рд╡реНрдпрд╛рдЦреНрдпрд╛ рдХреАрдЬрд┐рдП :
тАШтАШрдкреБрд░реНреЫреЗ рдЦреЛрд▓рдХрд░ рдлрд┐рд░ рдареАрдХ рдХрд░рдирд╛ рдЙрддрдирд╛ рдХрдард┐рди рдХрд╛рдо рдирд╣реАрдВ рд╣реИ, рд▓реЛрдЧ рд╕реАрдЦрддреЗ рднреА рд╣реИрдВ, рд╕рд┐рдЦрд╛рддреЗ рднреА рд╣реИрдВ, рдЕрдирд╛реЬреА рдХреЗ рд╣рд╛рде рдореЗрдВ рдЪрд╛рд╣реЗ рдШреЬреА рдордд рджреЛ рдкрд░ рдЬреЛ рдШреЬреАрд╕рд╛реЫреА рдХрд╛ рдЗрдореНрддрд╣рд╛рди рдкрд╛рд╕ рдХрд░ рдЖрдпрд╛ рд╣реИ рдЙрд╕реЗ рддреЛ рджреЗрдЦрдиреЗ рджреЛ ред рд╕рд╛рде рд╣реА рдпрд╣ рднреА рд╕рдордЭрд╛ рджреЛ рдХрд┐ рдЖрдкрдХреЛ рд╕реНрд╡рдпрдВ рдШреЬреА рджреЗрдЦрдирд╛, рд╕рд╛реЮ рдХрд░рдирд╛ рдФрд░ рд╕реБрдзрд╛рд░рдирд╛ рдЖрддрд╛ рд╣реИ рдХрд┐ рдирд╣реАрдВ ред рд╣рдореЗрдВ рддреЛ рдзреЛрдЦрд╛ рд╣реЛрддрд╛ рд╣реИ рдХрд┐ рдкрд░рджрд╛рджрд╛ рдХреА рдШреЬреА рдЬреЗрдм рдореЗрдВ рдбрд╛рд▓реЗ рдлрд┐рд░рддреЗ рд╣реЛ, рд╡рд╣ рдмрдВрдж рд╣реЛ рдЧрдИ рд╣реИ, рддреБрдореНрд╣реЗрдВ рди рдЪрд╛рдмреА рджреЗрдирд╛ рдЖрддрд╛ рд╣реИ рди рдкреБрд░реНреЫреЗ рд╕реБрдзрд╛рд░рдирд╛ рддреЛ рднреА рджреВрд╕рд░реЛрдВ рдХреЛ рд╣рд╛рде рдирд╣реАрдВ рд▓рдЧрд╛рдиреЗ рджреЗрддреЗ рдЗрддреНрдпрд╛рджрд┐ редтАЩтАЩ
тАШрджреВрд╕рд░рд╛ рджреЗрд╡рджрд╛рд╕тАЩ рдкрд╛рда рдореЗрдВ рд╕рдВрднрд╡ рдиреЗ рдордЬрд╝рд╛рдХ-рдордЬрд╝рд╛рдХ рдореЗрдВ рдЕрдкрдирд╛ рдирд╛рдо тАШрд╕рдВрднрд╡ рджреЗрд╡рджрд╛рд╕тАЩ рдХреНрдпреЛрдВ рдХрд╣рд╛? рдЗрд╕рдореЗрдВ рдХреМрди-рд╕рд╛ рд╕рд╛рд╣рд┐рддреНрдпрд┐рдХ рд╕рдВрдХреЗрдд рдЫрд┐рдкрд╛ рд╣реБрдЖ рд╣реИ?
тАШрдЬрд╣рд╛рдБ рдХреЛрдИ рд╡рд╛рдкрд╕реА рдирд╣реАрдВтАЩ рдкрд╛рда рдХреЗ рдЖрдзрд╛рд░ рдкрд░ рд▓рд┐рдЦрд┐рдП рдХрд┐ рд╡рд┐рдХрд╛рд╕ рдХреА рдЖрдзреБрдирд┐рдХ рдкрд░рд┐рдХрд▓реНрдкрдирд╛ рдиреЗ рдкрд░реНрдпрд╛рд╡рд░рдг рд╡рд┐рдирд╛рд╢ рдХреА рдиреАрдВрд╡ рд░рдЦреА рд╣реИред