Наверное, вы хоть раз слышали такое словосочетание как "скин-эффект". А вы знаете что это такое, если нет, то вы как раз по адресу. В этом материале я расскажу что это такое, а также где используется этот эффект на практике.
Что такое скин-эффект
Для начала давайте дадим определение этому эффекту. Итак, скин-эффект - это эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн в зависимости от степени их проникновения внутрь среды проводника. Немного заумно звучит, но сейчас объясню.
Итак, проще говоря, это такой эффект, в результате которого при протекании переменного тока электрические заряды под действием электромагнитных явлений внутри проводника вытесняются к его поверхности.
В результате этого процесса протекающий ток имеет неоднородную структуру, в центральной части проводника плотность зарядов ниже, чем на его периферии.
При этом глубину проникновения тока можно узнать по данному выражению:
Применив эту формулу можно узнать, что для медного проводника с частотой в 50 Герц глубина проникновения тока будет примерно равна 9,32 мм. А это значит, что если медный проводник будет сечением более 9,32 мм, то в его центральной части ток будет отсутствовать.
И здесь будет справедливо следующее утверждение: чем большее значение будет иметь частота, тем на меньшую глубину будет проникать ток. И если частота возрастет вдвое, то глубина проникновения снизится в корень квадратный из двух. Увеличение частоты в 10 раз приведет к уменьшению глубины проникновения в корень из 10 раз.
Как распределяется ток
Взглянув на вышеприведенное изображение, вы наглядно можете увидеть распределение тока в проводнике круглого сечения. За границами глубины проникновения движение тока либо отсутствует полностью, либо настолько мало, что им можно пренебречь.
И если центральную часть проводника, где нет протекания тока, просто напросто удалить, то у нас получится полый проводник и при этом проводящие характеристики останутся на прежнем уровне. Сопротивление будет такое же, единственное изменится индуктивная и емкостная составляющая проводника.
Получается, что сопротивление проводника в электрической цепи имеет зависимость не только от материала проводника, но и от того, какой частоты ток проходит по нему. И при значительных величинах частоты практически весь ток будет протекать по внешней границе проводника в зоне его контактирования с внешней средой.
Практическое применение скин-эффекта
Такая градация плотности тока в зависимости от его частоты позволяет по одному и тому же проводнику выполнять передачи электрических сигналов различных частот.
И высокочастотные сигналы передаются по внешнему радиусу проводника, а низкочастотные по внутреннему радиусу.
Например, по такому принципу реализована высокочастотная связь в ПАО «РОССЕТИ», где по высоковольтным проводам передается не только ток с частотой 50 Герц, но и осуществляется телефонная связь между дежурными на подстанциях и диспетчерами.
Так же, зная максимально возможную глубину проникновения тока в медный проводник, нет смысла делать монолитную жилу большего сечения. А если требуется проводник с большим сечением, то целесообразней применять многожильный провод.
Именно из-за скин-эффекта вы не найдете медный проводник с монолитной жилой сечением более 10 мм2.
Так же скин-эффект активно используется в индукционных плавильных печах, где за счет тока высокой частоты сконцентрированного на внешней оболочке проводника происходит разогрев и дальнейшее расплавление металла.
Это все, что я хотел вам рассказать о скин-эффекте и о том, как его используют на практике. Если статья оказалась вам полезна, то оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!