Скачиваний:
14
Добавлен:
14.06.2022
Размер:
1.12 Mб
Скачать

Advanced chapters of theoretical electro-engineering.

SPbTU, IE, Prof. A.G. Kalimov 2022

1

Lecture 7

Time dependent electromagnetic fields

2

Diffusion of electromagnetic fields in conducting media.

3

Diffusion of electromagnetic fields.

Consider electromagnetic field in a conductor.

The displacement currents are neglected. No free charges.

 

B

divB 0

B H

curlE

Basic equations:

t

divJ 0

J E

curlH J

E

divE 0

 

 

 

 

Differential equations for the electric field intensity:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

B

 

H

J

E

t

 

t

t

t

 

 

 

 

 

 

 

Mathematical

 

 

 

 

 

 

2

 

2

E

transformation:

 

 

E E E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Diffusion of electromagnetic fields.

Diffusion equations for the electromagnetic field characteristics:

2

E

2

 

J

2

B

2

H

2

 

A

E

t

J

 

t

B

t

H

t

 

A

t

Such equations (applied to scalar variables) describe processes of the particle diffusion, thermal processes.

One-dimensional equations: (here we assume that only x- component of the E and y- component of H exist)

2 E

x

E

x

z2

t

 

 

 

 

2 H y

 

 

H y

 

 

z2

 

t

 

 

 

 

5

Periodic electromagnetic field in the conductors.

Quasi-stationary approach:

Ex Em sin( t E ); H y Hm sin( t H )

Applying the complex method:

 

j E

;

 

j H

Em Eme

Hm Hme

 

 

Differential equations in complex form:

2

 

 

d

2

 

 

 

 

 

 

 

E

m

 

 

 

d Hm

 

 

 

 

 

 

 

dHm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j E

 

 

 

dz2

j Hm

dz

2

 

m

Em

dz

 

 

 

 

 

 

6

Periodic electromagnetic field in the conductors.

 

 

d

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Equation:

 

Hm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz2

j Hm 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution for the complex field intensity:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hm A1e

 

 

 

A2e

 

 

 

or

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hm A1e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

Parameter α:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

1 j

 

 

 

 

 

j

 

e

2 e

 

 

 

 

 

 

 

e

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Using designation:

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kz

e

jkz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

Hm

Hm0e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution for the field intensity:

H Hm0e kz sin( t H0

kz)

7

Penetration of the electromagnetic field into a conductor

1

 

 

2

 

- the penetration length

 

k

 

 

 

 

Amplitude of the electromagnetic wave dumps according to exponential dependence:

H Hm0e kz sin( t H0 kz 4 )

8

The skin effect.

Penetration of the electromagnetic wave into the conducting plate

Material - copper

Width = 5 cm

Frequency= 200 Hz

Penetration depth = width of the skin layer

2

9

Poynting 's Theorem.

10