זרם העתקה
מושג באלקטרומגנטיות / ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
בתורת האלקטרומגנטיות, צפיפות זרם ההעתקה (באנגלית: Displacement current) היא צפיפות "זרם" מושרה הנובע משדה חשמלי משתנה בזמן. לצפיפות זרם ההעתקה יש אותן יחידות מידה כמו לצפיפות זרם חשמלי (אמפר למטר מרובע), והוא מהווה מקור של שדה מגנטי בדיוק כשם שזרם אמיתי של מטענים חשמליים יוצר שדה מגנטי. אף על פי כן, הוא אינו זרם אמיתי של מטענים נעים, אלא זרם "דמיוני" המקושר לשדה חשמלי משתנה בזמן. מבחינה מספרית, זרם ההעתקה הוא הגודל שמופיע בחוק אמפר המתוקן – המשוואה הרביעית מבין ארבע משוואות מקסוול.
הרעיון שזרם העתקה יוצר שדות מגנטיים בדומה לזרם חשמלי אמיתי נהגה לראשונה על ידי ג'יימס קלארק מקסוול במאמר מ-1861, שהבחין בחוסר שלמות בתיאור הפיזיקלי והמתמטי של שדות חשמליים ומגנטיים. מקסוול הוסיף את זרם ההעתקה לחוק אמפר, במה שמכונה מאז תיקון מקסוול לחוק אמפר. במאמרו "תאוריה דינמית של השדה האלקטרומגנטי"[1] מ-1865, עשה מקסוול שימוש בגרסה מתוקנת זאת של חוק אמפר כדי לגזור את משוואת הגל האלקטרומגנטי. גזירה זאת מוכרת כיום כנקודת ציון היסטורית בפיזיקה משום שהיא ליכדה את תורות החשמל, המגנטיות והאופטיקה לכדי מקשה מושגית אחת, תאוריה מאוחדת הנקראת בשם "אלקטרומגנטיות". איבר זרם ההעתקה הוא תוספת חיונית שהשלימה את משוואות מקסוול והכרחית להסברת תופעות רבות, במיוחד את קיומם של גלים אלקטרומגנטיים.
מקסוול בחר את המונח "זרם העתקה" על בסיס האנלוגיה המתקיימת בין האיבר שהוסיף לבין שדה הקיטוב המופק מפעולתו של שדה חשמלי על חומר דיאלקטרי. השדה החיצוני גורם להפרדת מטענים בקנה המידה האטומי, שיוצרת דיפולים חשמליים ומחוללת מעין העתקה[דרושה הבהרה] של חשמל לרוחב התווך הדיאלקטרי[2]. כלומר, בדיוק כשם ששדה חשמלי משתנה בזמן גורם לזרם קיטוב (Polarization current) בתווך דיאלקטרי (תודות לשדה הקיטוב המשתנה בזמן), כך שדה חשמלי משתנה בזמן גורם לזרם העתקה בריק; האנלוגיה היא להעתקה של המטען החשמלי המתרחשת בתווך דיאלקטרי.