Каждому любителю электротехники хотя бы раз приходилось слышать о не совсем понятном электрическом проявлении под названием поверхностный или "скин-эффект". Тем из них, кто до сих пор не знает, что это такое – представленные в статье разъяснения помогут ознакомиться с этим явлением. Кроме того здесь же можно будет узнать, как оно применяется на практике.
Что такое скин-эффект?
Для начала следует разобраться в том, что такое поверхностный эффект, который в технической литературе определяется как уменьшение размаха э/м колебаний при проникновении в проводящую среду. При этом движущиеся заряды под действием э/м поля из глубины проводника смещаются ближе к его верхнему слою. В результате ток становится неоднородным по своей структуре, что проявляется как снижение плотности зарядов в центральной части по отношению к периферии.
Глубину, на которую проникают заряды, удается определить по следующему выражению:
То есть указанная зависимость может быть сформулирована так: с увеличением частоты переменного тока глубина проникновения его в тело проводника уменьшается. При двойном возрастании частоты этот показатель уменьшится в корень квадратный из 2-х.
Особенности распределения тока
Чтобы наглядно представить себе, как распределяется ток в круглом по сечению проводнике – достаточно изучить приводимое ниже фото.
Из него хорошо видно, что на определенной глубине ближе к центру провода тока либо совсем нет, либо его величина так мала, что им пренебрегают.
Отсюда следует целый ряд интересных выводов, а именно:
- при вырезании из тела проводника его центральной части, по которой ток практически не течет, условия для перемещения зарядов не меняются;
- если сделать медный провод полым (без сердцевины) – его электропроводящие характеристики останутся такими же, а стоимость существенно снизится;
- прежним останется показатель проводимости, изменятся лишь его индуктивность и емкость.
Из полученных результатов следует, что комплексное сопротивление любого проводника зависит не только от материала, из которого он изготовлен, но и от частоты протекающего тока. При больших значениях этого показателя практически все заряды начнут перемещаться по поверхности (внешней границе) провода, то есть будут иметь непосредственный контакт с внешней средой.
Применение скин-эффекта
Зависимость мощности тока в проводе от частоты сигнала позволяет по одному кабелю передавать электрические посылки различной периодичности. В этом случае высокочастотные сигналы смещаются к внешнему радиусу, а низкочастотные протекают ближе к центру.
По указанному принципу устроены и работают системы высокочастотной связи. В них по питающим проводам одновременно протекает ток с частотой 50 Герц и по ним же реализуется телефонная связь между двумя сторонами (дежурными и диспетчерами, в частности). Из-за наличия скин-эффекта редко используются монолитные провода большого сечения (чаще всего их делают многожильными).