Können wir eine Analogie zwischen dem Stromfluss durch den freien Raum und dem Wechselstromfluss durch eine Übertragungsleitung ziehen?

Da ich wusste, dass der Freiraum eine charakteristische Impedanz hat (die rein ohmsch ist und in Ohm gemessen wird), habe ich mich gefragt, ob ich den Freiraum als unendlich lange Übertragungsleitung modellieren kann, die aus verteilten Induktivitäten und Kondensatoren besteht.Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im freien Raum

Wir wissen, dass ein verlustfreies Übertragungsleitungsmodell unendlicher Länge, das von einer Wechselstromquelle an einem Anschluss versorgt wird, folgendermaßen aussieht:Übertragungsleitungsmodell mit verteilter Induktivität und Kapazität

Wenn wir die Richtung des sich ändernden elektrischen Felds über der Kapazität (z. B. X-Achse) und die des sich ändernden Magnetfelds innerhalb der Induktivität (z. B. Y-Achse) betrachten, finden wir den Pointing-Vektor, der von der Ebene der Übertragungsleitung (Z-Achse) nach außen zeigt. - was seltsam erscheint, da die Kraftflussrichtung sicherlich entlang der Y-Achse verläuft.

Wenn ich jedoch die Ausrichtung der Induktivitäten wie folgt anpasse:Neuausrichtung der Induktivitäten zur Anpassung an die Leistungsflussrichtung

Das Problem bezüglich der Kraftflussrichtung scheint scheinbar gelöst zu sein. Allerdings überzeugt mich diese Darstellung noch nicht. Zunächst habe ich nur das Magnetfeld innerhalb der Induktoren betrachtet. Aber H hat eine Locke ungleich Null, sie endet auf sich selbst. Wenn ich also das gesamte H-Feld (um den Induktor herum) berücksichtige, erhalte ich am Ende einen Null-Leistungsfluss - was definitiv nicht passiert. Darüber hinaus muss der Leistungsfluss unabhängig von der Ausrichtung der Induktoren entlang der Übertragungsleitung erfolgen (nicht außerhalb der Ebene, die die TX-Leitung enthält).

An dieser Stelle frage ich mich, wo ich Fehler mache. (dh liegt es daran, dass ich den Strom durch den Kondensator und das elektrische Feld über der Induktivität ignoriere?) Oder ist es eine schlechte Idee, den freien Raum als Übertragungsleitung zu modellieren?

Warum würden Sie das tun wollen?
Das liegt daran, dass es meiner Meinung nach ein verallgemeinertes Modell für die Energieübertragung in einem Medium geben sollte, sodass dasselbe Modell sowohl für die Ausbreitung von Wechselstrom in Übertragungsleitungen als auch für die Ausbreitung elektromagnetischer Energie im freien Raum verwendet werden kann.
Der springende Punkt bei einer Stromleitung ist, dass sie ein Leiter mit unterschiedlichen Ausbreitungseigenschaften und einer Grenze ist . Sie könnten wahrscheinlich das Freiraummodell für die Übertragung innerhalb eines großen Metallkörpers (Planetenkern?)

Antworten (2)

Wir zeichnen das Induktorsymbol normalerweise als Drahtspule, was sehr irreführend sein kann. Sie müssen sich das B-Feld um einen geraden Draht ansehen, dann macht Ihre Analogie plötzlich Sinn.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Eine Frage zu Transmissionline-Modellen habe ich bereits hier beantwortet: Transmission Line Inductance Einige Hintergrundinformationen für Sie zum Thema. Es ist jedoch keine Antwort auf Ihre Frage.

Da ich wusste, dass der Freiraum eine charakteristische Impedanz hat (die rein ohmsch ist und in Ohm gemessen wird), habe ich mich gefragt, ob ich den Freiraum als unendlich lange Übertragungsleitung modellieren kann, die aus verteilten Induktivitäten und Kondensatoren besteht.

Wenn der freie Raum rein resistiv ist, dann ist es nicht genau, den freien Raum als Übertragungsleitung zu modellieren, da eine Übertragungsleitung nicht rein resistiv ist, insbesondere bei großen Längen. Hier ist eine Antwort darüber, warum Leiter nicht rein resistiv sind. Woher bekommt ein gerader Leiter seine Kapazität?

Wenn wir die Richtung des sich ändernden elektrischen Felds über der Kapazität (z. B. X-Achse) und die des sich ändernden Magnetfelds innerhalb der Induktivität (z. B. Y-Achse) betrachten, finden wir den Pointing-Vektor, der von der Ebene der Übertragungsleitung (Z-Achse) nach außen zeigt. - was seltsam erscheint, da die Kraftflussrichtung sicherlich entlang der Y-Achse verläuft.

In Ihrem dritten Bild haben Sie Ihre Induktivitäten senkrecht zu Ihren Kondensatoren gezeichnet. Was mit Ihrer Konvention übereinstimmt, dass das elektrische Feld in X-Richtung und das Magnetfeld in Y-Richtung verläuft. Sie geben an, dass der Poynting-Vektor in Richtung der Z-Achse liegen sollte. Dies ist für die elektromagnetische Welle richtig.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dann haben Sie nach jedem Kondensator-Induktor-Knoten einen Leiter gezeichnet. Dieser Leiter macht eine 180-Grad-"Drehung" in Bezug auf die Richtung des Magnetfelds, das sich durch den Induktor ausbreitet. Das heißt, Ihre Y-Achse zeigt negative und positive Werte. Ich kann verstehen, dass Sie vielleicht die magnetische Welle als sich änderndes Magnetfeld darstellen möchten. Obwohl Sie das sich ändernde elektrische Feld in dieser Hinsicht nicht zeigen. Dies ist also ein Hinweis darauf, dass wir die Schaltungselemente, die so modelliert sind, dass sie ihre Funktionsweise und arithmetische Verbindung (seriell und parallel) darstellen, nicht vektoriell auswerten können . Im Allgemeinen ist es aus verschiedenen Gründen besser, Phasoren zum Modellieren von Schaltungselementen zu verwenden, siehe Phasor Wikipedia .

Kein Widerstand im Modell bedeutet NICHT, dass echte Leistung nicht fließen kann.
Können wir eine Analogie zwischen dem Stromfluss durch den freien Raum und dem Wechselstromfluss durch eine Übertragungsleitung ziehen?
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