Скин-эффект
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Скин-эффект (поверхностный эффект) — эффект затухания электромагнитных волн по мере их проникновения в глубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты, при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.
Содержание |
[править] Причины эффекта
Скин-эффект вызван возникновением вихревых токов в проводящей среде при распространении через неё электромагнитной волны. В результате этого в среде возникают потери энергии, что приводит к уменьшению напряжённостей электрического и магнитного полей и плотности тока, т. е. к затуханию волны.
[править] Борьба с эффектом
С увеличением частоты переменного тока скин-эффект проявляется всё более явно, что заставляет учитывать его при конструировании и расчётах электрических схем, работающих с переменным и импульсным током. Например, вместо обычных медных проводов могут применяться медные провода, покрытые тонким слоем серебра. Серебро обладает наибольшей проводимостью среди всех металлов, и тонкий его слой, в котором благодаря скин-эффекту и протекает бо́льшая часть тока, оказывает сильное влияние на активное сопротивление проводника. Скин-эффект значительно влияет на характеристики колебательных контуров, такие как добротность. В связи с тем, что ток высокой частоты течёт по тонкому поверхностному слою проводника, активное сопротивление проводника значительно возрастает, что приводит к быстрому затуханию колебаний высокой частоты. Для борьбы со скин-эффектом применяют проводники различного сечения: плоские (в виде лент), трубчатые (полые внутри), наносят на поверхность проводника слой металла с более низким удельным сопротивлением. Например, в ВЧ аппаратуре используют посеребрённые медные контуры, в высоковольтных линиях электропередач применяют провод в медной либо алюминиевой оболочке со стальным сердечником, в высокомощных генераторах переменного тока обмотка изготавливается из трубок, через которые пропускается жидкий водород для охлаждения. Также с целью подавления скин-эффекта используют систему из нескольких переплетённых и изолированных проводов — литцендрат. Все указанные методы борьбы со скин-эффектом малоэффективны для сверхвысокочастотного оборудования. В этом случае применяют колебательные контура особой формы: объёмные резонаторы и специфические линии передач — волноводы.
[править] Применение эффекта
На скин-эффекте основано действие взрывомагнитных генераторов (ВМГ), взрывомагнитных генераторов частоты (ВМГЧ) и в частности ударно-волновых излучателей (УВИ).
[править] Глубина скин-слоя
Глубина слоя проводника, в котором напряженность электрического поля уменьшается в e раз, называется глубиной скин-слоя. Зависимость глубины скин-слоя от частоты для медного проводника приведена в таблице.
| частота | d |
|---|---|
| 60 Гц | 8,57 мм |
| 10 кГц | 0,66 мм |
| 100 кГц | 0,21 мм |
| 1 МГц | 66 мкм |
| 10 МГц | 21 мкм |
Формула для расчёта глубины скин-слоя в металле (приближённая).
Здесь ε0 = 8,85419*10-12 Ф/м — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, ρ — удельное сопротивление, c — скорость света, μm — относительная магнитная проницаемость (близка к единице для пара- и диамагнетиков — меди, серебра, и т.п.), ω = 2π * f. Все величины выражены в системе СИ.
Более простая формула для расчета
ρ — удельное сопротивление, μm — относительная магнитная проницаемость, f - частота
 |
Это незавершённая статья по физике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
