Warum trägt der Innenleiter eines Koaxialkabels zum Magnetfeld außerhalb des Hohlleiters bei?

Beim Studium des Koaxialkabels ist mir aufgefallen, dass das Magnetfeld des Innenleiters den Hohlleiter passieren kann (kann im Bereich 3 berechnet werden). Die Randbedingung des Magnetfelds an der Oberfläche (zwischen Dielektrikum und perfektem Leiter) eines perfekten Leiters ist jedoch als Tangentialkomponente von H bekannt (Ht = Js Oberflächenstromdichte) und die Normalkomponente ist Hn = 0. Im Inneren des Perfektleiter, wir haben Ht = 0 und Hn = 0.

Warum also überlagern wir bei der Berechnung des Magnetfeldes im Bereich 3 das Magnetfeld des Innenleiters und des Hohlleiters?

In diesem Fall nehmen wir an, dass der Strom im Innenleiter i1 und im Hohlleiter i2 ist (nicht wie beim Koaxialkabel, hier ist i2 ungleich -i1).

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Vielen Dank im Voraus.

Ich kann nicht wirklich folgen, was Sie sagen. Ich bin sicher, Sie haben eine berechtigte Frage, also versuchen Sie vielleicht, direkter zu fragen. Ich verstehe nicht, warum Sie den Schildstrom NICHT -i1 machen möchten.
Die Frage ist: Warum addieren wir das Magnetfeld des Innenleiters (mit Radius RA), um das gesamte Magnetfeld im Bereich 3 zu berechnen?
Denn so stellen wir fest, dass, wenn wir die Magnetfelder von genau entgegengesetzten Strömungen (innere und äußere) überlagern, das Netto-Magnetfeld in Bereich 3 Null ist. Das ist das Schöne an Koax.
Ich bin hier weit aus der Übung, aber ist das nicht "einfach" eine Frage, warum jeder Leiter isoliert betrachtet werden kann, bevor die beiden Ergebnisse überlagert werden, um ein Ergebnis zu erhalten, das auch mit allen Bedingungen konsistent ist ? Ich bin mir nicht sicher, ob es eine intuitive Antwort gibt.
Liebe Aka, ich weiß, dass das Mag-Feld in Reg 3 Null ist. Hi+Hh = 0, weil i2 = -i1. aber warum haben wir immer noch Hi (innen) im Bereich 3, wenn wir die Randbedingungen an der Oberfläche des Leiters kennen. Ich habe i2 anders als -i1 erwähnt, nur um über den allgemeinen Fall zu sprechen (abgeschirmte Drähte).
Fragen Sie, wie das Magnetfeld des Stroms im Inneren die Abschirmung durchdringen kann, selbst wenn die Abschirmung fest geerdet ist, aber keinen Strom durchlässt?
Ja zum Beispiel oder auch wenn es nicht auf dem Referenzplan basiert.
Wechselnde Magnetfelder durchdringen eine leitende Abschirmung - ist das die Essenz dessen, was Sie nicht verstehen?
Deine Frage hat nichts mit Koaxialkabel zu tun, es ist nur eine Hausaufgabe. Sie müssen das durch Innen- und Außenleiter verursachte H-Feld modellieren und dann voneinander subtrahieren. Sie müssen das Biot-Savart-Gesetz anwenden.
Zu Andy, ja, ich verstehe nicht, warum das Magnetfeld des Innenleiters den Außenleiter durchdringt.
Ein als Abschirmung gegen Magnetfelder verwendeter Leiter muss deutlich dicker sein als die Skin-Tiefe (gemäß Skin-Effekt), um effektiv zu wirken. Skin-Effekt: en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect
Der Abschirmungsleiter ist hier perfekt, sodass es keine Skin-Tiefe gibt. Für Marko können wir zwar das Biot-Savart-Gesetz verwenden, aber basierend auf den Randbedingungen, warum durchdringt das Magnetfeld des Innenleiters den Außenleiter?
Wegen des physikalischen Gesetzes. Wenn die Ströme gleich sind, werden sich Magnetfelder in einem bestimmten Abstand gegenseitig subtrahieren, das resultierende remanente Feld ist Null. In Ihrem Fall ist das Restfeld das gleiche wie bei einem einzelnen Draht mit Strom I1-I2.
Wenn wir streng über den Idealfall sprechen (keine Hauttiefe usw.), ist es Ihre auferlegte Bedingung , dass i1-i2 nicht Null ist, dass das Feld außerhalb nicht Null ist. Und Sie können dies ganz einfach erreichen, indem Sie zum Beispiel einfach einen Wechselstrom durch den Außenleiter mit einem separaten Rückweg anders als dem Innenleiter leiten.

Antworten (2)

Warum also überlagern wir bei der Berechnung des Magnetfeldes im Bereich 3 das Magnetfeld des Innenleiters und des Hohlleiters?

Darauf gibt es keine wirklich gute Antwort außer "so ist es". Der Elektromagnetismus ist eine lineare Theorie. Das heißt, wenn Sie zwei Drähte haben, in denen Strom fließt, ist das resultierende Magnetfeld die Summe der Felder, die von den beiden Drähten einzeln erzeugt werden. Die Tatsache, dass einer dieser Drähte im anderen steckt, spielt keine Rolle.

Tatsächlich gilt dasselbe im Bereich "1". Der im Außenleiter fließende Strom erzeugt jedoch im Bereich 1 ein Null-Nettofeld, sodass das Gesamtfeld gleich dem durch den Innenleiterstrom verursachten Feld ist.

Die Bedingung, dass es innerhalb eines Leiters kein Magnetfeld gibt, gilt nur bei hoher Frequenz. Das ist der Skin-Effekt. Bei ausreichend hoher Frequenz erzwingt der Skin-Effekt einen Stromfluss auf der Innenfläche des Außenleiters gleich –i1. Wenn i2 != -i1, dann fließt der Rest von i2 auf der äußeren Oberfläche.

Warum trägt der Innenleiter eines Koaxialkabels zum Magnetfeld außerhalb des Hohlleiters bei?

Diese Frage lässt sich vielleicht am besten beantworten, wenn man sich überlegt, warum eine leitfähige Abschirmung ein magnetisches Wechselfeld nicht blockieren darf. Es ist alles auf den Skin-Effekt zurückzuführen, ein Phänomen, das bewirkt, dass Wechselströme mit höherer Frequenz nicht durch die Mitte eines Drahtes fließen.

Bei einer "dünnen" leitfähigen Abschirmung (dh viel dünner als die Hauttiefe) wird ein magnetisches Wechselfeld nicht wesentlich blockiert. Wenn die Dicke der Abschirmung größer wird, erzeugt das Magnetfeld größere Wirbelströme und diese tendieren gegen Null, wenn die Abschirmung deutlich dicker als die Skin-Tiefe wird. Das Magnetfeld auf der "fernen Seite" der Abschirmung nimmt also zunehmend ab.

Bei Koaxialkabeln passiert dies auch, aber bei niedrigen Frequenzen ist das Fehlen eines Magnetfelds über den Durchmesser des Koaxialkabels hinaus Null, da die "inneren" und Abschirmströme gleich und gegenphasig sind.

Warum trägt der Innenleiter eines Koaxialkabels zum Magnetfeld außerhalb des Hohlleiters bei?
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