Conservation of energy of the transient electromagnetic field in solid conductors

Contents The calculation of transient electromagnetic fields in solid conductors becomes more important in the future because of the increasing demands on system design under EMC-constraints. The switching of currents in a system of conductors is especially crucial because a transient wave is stimulated in the non-conducting environment. The energy balance for the switching of an exciting current shows that the integration of the dissipated power over the infinite time interval is equal to the energy stored in the magnetic field in the conducting space before switching plus the energy that flows through the conductor's surface during the transient process. The energy difference between the initial field before and immediately after the switching is radiated into the free space by a transient wave that is excited at the moment of switching. This relation is proved for the switching of a continuous current in an elementary coaxial line and the shielding of the transient field of a magnetic dipole of arbitrary orientation by a conducting and permeable hollow sphere.

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Energiebilanz des transienten elektromagnetischen Feldes massiver Leiter

Übersicht Die Berechnung transienter elektromagnetischer Felder in Leitersystemen gewinnt unter dem Gesichtspunkt der elektromagnetisch verträglichen Gestaltung von Systemen zunehmend an Bedeutung. Kritisch sind insbesondere Schaltvorgänge, bei denen in der nichtleitenden Umgebung eine transiente elektromagnetische Welle angeregt wird. Eine Energiebilanz zeigt, daß die Verlustenergie, die nach dem Schalten eines Stromes in den Leitern umgesetzt wird, gleich der Energie ist, die vor dem Schalten im stationären magnetischen Feld gespeichert war, vermehrt um die Energie, die während des transienten Vorgangs aus der nichtleitenden Umgebung über die Leiteroberfläche in die Leiter einströmt. Die Differenz zur gesamten Energie des ursprünglichen stationären Feldes wird durch die transiente Welle abgestrahlt. Diese Relationen werden für das Schalten eines Stromes im Koaxialkabel und für einen kugelförmigen Schirm im Feld eines magnetischen Dipols beliebiger Orientierung nachgewiesen.