Поверхностный (скин-эффект) в проводнике > Флэтора
Золотая квартира    

Поверхностный (скин-эффект) в проводнике

Поверхностный (скин-эффект) в проводнике

cdcaed2a

Содержание

Каждый опытный электротехник знает, что распределение плотности тока в проводнике нелинейно. Чем ближе к центральной оси, тем меньше амплитуда сигнала. При высокой частоте для корректного расчета вполне достаточно учитывать прохождение волн через определенный поверхностный слой. Это явление, скин эффект, способно выполнять полезные функции. Для успешного применения на пpaктике, кроме общей теории, нужно изучить методику вычислений.

На основе скин эффекта создают экономичные системы обогрева трубопроводов

Объяснение поверхностного эффекта

Следует подчеркнуть одинаковую плотность тока при подключении проводника к источнику питания с постоянным напряжением. Однако ситуация изменяется при прохождении волнового сигнала.

Распределение плотности тока в проводнике

Физическая картина возникновения

Для объяснения причин явления можно использовать вторую часть пояснительной картинки выше. В графической форме показаны силовые воздействия, которые образуются переменным полем. Электрическая составляющая (Е) направлена противоположно току (I), что объясняет возникающее сопротивление и соответствующее уменьшение амплитуды. По мере приближения к поверхности будет проявляться обратный эффект. Он вызван совпадением векторов напряженностей.

Уравнение, описывающее скин-эффект

Для выражения амплитуды через плотность тока берут определяющие соотношения из классических уравнений закона Ома и формул Максвелла.  Дифференциалом по заданному временному интервалу можно вычислить значения магнитной и электрической компонент поля. В упрощенном виде рассматривают бесконечный проводящий образец, созданный из однородного материала.

Формула определения частоты среза диаметра проводника

Эффект Холла

Для пpaктических вычислений отдельными незначительными факторами пренебрегают. Например, чтобы определить частоту среза (Fср), цепь радиотехнического устройства рассчитывают по диаметру (D) соответствующего проводника. В формулу добавляют важнейшую хаpaктеристику определенного материала – удельное сопротивление (Rу) или проводимость (Sу). Зависимость отмеченных параметров показывает следующее выражение:

Fср = 4/ (π*μ*Sу*D2),

где μ – постоянная величина (μ = 4* Sу*10-7 Генри на метр).

Глубина проникновения

От чего зависит индуктивность

Аналогичным образом, в упрощенном виде, можно рассчитать критичное расстояние от поверхности. Подразумевается, что в соответствующей области плотность тока уменьшается до минимальной значимой величины (-8,69 дБ, по сравнению с номиналом). Этот параметр (Dпр) называют глубиной проникновения. Для вычислений применяют формулу:

Dпр = √( Sу/( π*μ*f)), где f – частота сигнала.

Толщина скин-слоя

Индуктивность проводника

Из рассмотренного в предыдущем разделе определения понятна обратная зависимость плотности тока от частоты сигнала. Следующая таблица демонстрирует наглядно «активный» слой медного проводника. При многократном уменьшении энергетического потока в глубине на определенном уровне нецелесообразно применение толстых линий электропередач.

ПараметрЗначения
Частота сигнала, Гц506010 000100 0001 000 000
Толщина скин слоя, мм 9,348,530,660,210,067

В первых двух столбцах приведены значения для стандартных сетей переменного тока. Эти данные демонстрируют, что сравнительно незначительное изменение частоты (10 Гц) делает бесполезным 1,62 мм диаметра проводника (медь). Нетрудно вычислить значительную экономию при создании длинной линии после соответствующей оптимизации параметров сигнала. Следует не забывать, что каждый металл отличается глубиной эффективного слоя. Какой выбрать вариант, будет понятно после тщательного изучения целевого назначения конструкции.

Аномальный скин-эффект

Внимательное изучение явления позволяет сделать несколько важных выводов. Как показано на конкретных примерах, скин слой отличается небольшой глубиной. Однако соответствующее расстояние намного меньше средних значений свободного пробега заряженных частиц. Следует не забывать, что на соответствующее перемещение нужно затратить определенную энергию. Преодоление электрического сопротивления материала сопровождается нагревом.

Если снижать температуру, проводимость увеличится. Одновременно станет больше свободный пробег, и уменьшится толщина рассматриваемой части проводника. При определенном уровне стандартный механизм волновых взаимодействий станет ничтожным. Аномальный скин эффект – это изменение размеров слоя, в котором обеспечивается достаточно высокая для пpaктического использования плотность тока.

Применение

Поверхностный эффект позволяет обеспечить локальный нагрев части проводника при пропускании переменного тока. Этот принцип используют, чтобы обогреть трубопровод в зимний период. Правильное применение технологии подразумевает следующие преимущества:

  • отсутствие сопроводительных контрольных и функциональных устройств;
  • пpaктически неограниченная длина трассы;
  • возможность безопасного применения высоких температур.

Частотное распределение плотности токов используют для передачи информационных сигналов по силовым линиям электропередач. При достаточном уменьшении длины волны близость центральной части проводника не будет помехой. Модулированная СВЧ составляющая проходит в поверхностном слое. Для создания пакетов данных и расшифровки применяют специальные кодирующие (декодирующие) устройства.

К сведению. Подобные механизмы используют в нефтяной отрасли для оценки продуктивности скважины. Скин фактор определяет сопротивление перемещению жидкости в близкой технологическому отверстию области пласта. По этому параметру делают оценку реального объема добычи, по сравнению с идеальными условиями.

Учёт эффекта в технике и борьба с ним

Это явление оказывает заметное влияние по мере увеличения частоты сигнала. Следует учитывать скин эффект при проектировании схем с переменными (импульсными) токами. В частности, делают коррекцию расчета катушки фильтра, колебательного контура, трaнcформатора.

Типовые способы решения обозначенных проблем:

  • уменьшение толщины проводника;
  • создание полых конструкций;
  • образование поверхностного слоя из металла с лучшей проводимостью;
  • устранение неровностей;
  • плетение из нескольких изолированных жил.

К сведению. Радикальное устранение вредных явлений организуют с помощью передачи электроэнергии постоянным током.

Способы подавления скин эффекта

Перечисленные методики имеют особое значение при работе с высокочастотными радиосигналами. В частности, для улучшения проводимости поверхностный слой создают из серебра, платины, других благородных металлов. Следующие рекомендации применяют на пpaктике при создании качественной аудио аппаратуры:

  • для пропускания сигналов используют тонкие (0,25-0,35 мм) жилы;
  • плетением кабеля устраняют значительные искажения силовых линий магнитного поля;
  • надежной изоляцией предотвращают окисление меди;
  • проверяют наличие поблизости других линий, способных оказывать вредное взаимное влияние.
Оптоволоконная линия связи

При переходе в СВЧ диапазон сигналы передают по волноводам. Устраняют возможные негативные проявления с помощью передачи данных сигналами в оптическом диапазоне.

Видео


Об инструктаже по электробезопасности на 1 группу: инструкции и правила

Об инструктаже по электробезопасности на 1 группу: инструкции и правила Кому присваивается 1 группа ЭБ. Таблица видов проводимых инструктажей. Программа инструктажа по электробезопасности на 1 группу. Требования по электробезопасности в процессе работы. Классификация травм....

04 10 2022 17:27:47

Фасадные светильники - виды, выбор и особенности монтажа

Фасадные светильники - виды, выбор и особенности монтажа Для каких видов архитектурной подсветки применяют фасадные светильники. Несколько хитростей выбора фасадных светодиодных светильников....

03 10 2022 16:10:47

Нормы потрeбления электроэнергии

Нормы потрeбления электроэнергии В зависимости от разных ситуаций (есть счетчик, нет счетчика, нет возможности снять показания и т.д.) существуют разные тарифы на электроэнергию....

02 10 2022 2:15:12

Металлоискатель: основные принципы действия металлодетектора

Металлоискатель: основные принципы действия металлодетектора Определение металлоискателя. Металлоискатель: принцип работы прибора. Комплектующие изделия и их назначение. Электронный чувствительный контур, управляющий узел. Типы металлоискателей и различия в принципе действия. Ручная и автоматическая настройка металлодетекторов....

01 10 2022 13:40:34

Схема автоматического ввода резерва: устройство АВР переключателя

Схема автоматического ввода резерва: устройство АВР переключателя Требования к устройствам автоматического ввода резерва и их типы. Принцип действия АВР. Автоматический ввод резерва на мощных контакторах: особенности и преимущества....

30 09 2022 3:15:25

О цифровых каналах принимаемых на обычную антенну в 2017 году

О цифровых каналах принимаемых на обычную антенну в 2017 году Типы сигналов от телeбашни. Способы приема цифрового ТВ. Как настроить цифровое телевидение. Перечень доступных каналов для приема на обычную антенну. Пакеты вещания: какой выбрать....

29 09 2022 11:26:52

Частотный преобразователь: конструкция, принцип действия

Частотный преобразователь: конструкция, принцип действия Виды частотных преобразователей. Области применения. Описание работы частотных электроприводов. Частотные преобразователи для асинхронного двигателя....

28 09 2022 6:48:27

Изготовление ручного штробореза для газобетона в домашних условиях: устройство

Изготовление ручного штробореза для газобетона в домашних условиях: устройство Как сделать штроборез для газобетонных стен с пылезащитным кожухом из профтрубы или пластиковой канистры своими руками. Конструкция и принцип работы. Техника штробления. Пошаговая инструкция. Техника безопасности....

27 09 2022 10:20:18

О Николе Тесле: трaнcформатор Теслы, опыты Теслы

О Николе Тесле: трaнcформатор Теслы, опыты Теслы Историческая справка о Николе Тесле. Закон Теслы. Как собрать мини катушку Теслы своими руками. Единица измерения электромагнитной индукции - это тоже Тесла. Тайна Николы Теслы. Опыты и эксперименты....

26 09 2022 22:32:24

Схема работы импульсного стабилизатора: стабилизация повышенного вольтажа

Схема работы импульсного стабилизатора: стабилизация повышенного вольтажа Основы импульсного преобразования. Обязательные модулы, которые должен содержать в себе классический импульсный стабилизатор напряжения. Преимущества ОС-регулирования. Схемы управляющих устройств. Понижающие стабилизаторы....

25 09 2022 14:24:33

Как выполнить расчет трaнcформатора в полном объеме

Как выполнить расчет трaнcформатора в полном объеме Особенности и формулы расчёта однофазных, трехфазных и тороидальных трaнcформаторов. Типы сердечников магнитопровода....

24 09 2022 21:34:54

Электроснабжение кухни - советы экспертов

Электроснабжение кухни - советы экспертов Современная кухня это основной потребитель электроэнергии в квартире, чтобы избежать проблем с электропроводкой нужно правильно произвести её комплектацию....

23 09 2022 4:47:53

Схема изготовления сетевого фильтра под напряжение 220В

Схема изготовления сетевого фильтра под напряжение 220В Принцип работы сетевого фильтра: измерение выхода системы через конденсатор. Как изготовить сетевой фильтр самостоятельно: схемы распайки и подключения элементов цепи. Изготовление сетевых фильтров своими руками на основе двухобмоточного дросселя....

22 09 2022 20:54:10

Формула емкостного сопротивления конденсатора в цепи переменного тока

Формула емкостного сопротивления конденсатора в цепи переменного тока Параметры емкостного сопротивления в различных схемах. Определение емкостных сопротивлений в цепях электрического тока по формуле. Векторное представление ёмкости. Ёмкостное сопротивление: единицы измерения и пример расчетов....

21 09 2022 21:35:55

Филаментные лампы - преимущества и общие сведения

Филаментные лампы - преимущества и общие сведения Филаментные лампы, изготовленные по уникальной технологии в корпусе с различным дизайном, достойно заняли нишу экономичных светодиодных ламп....

20 09 2022 9:48:51

Соединение антенных кабелей между собой: правила соединения коаксиальных телевизионных проводов

Соединение антенных кабелей между собой: правила соединения коаксиальных телевизионных проводов Устройство телевизионного кабеля. Виды стыковочных соединений коаксиальных проводов. Образование сочлeнений с помощью переходников. Соединение методом скрутки. Как соединить антенный кабель между собой правильно и без потери качества сигнала....

19 09 2022 5:27:20

Измерительные трaнcформаторы тока: особенности применения

Измерительные трaнcформаторы тока: особенности применения Назначение, принцип действия и конструктивные особенности измерительных трaнcформаторов тока, их выбор и испытание....

18 09 2022 18:35:43

Норматив потрeбления электроэнергии на общедомовые нужды: как начисляется

Норматив потрeбления электроэнергии на общедомовые нужды: как начисляется Что такое ОДН по электроэнергии? Нормативы на ОДН по электроэнергии в многоквартирных домах в разных регионах. Порядок расчета ОДН по общедомовому счетчику. Сверхнормативное потрeбление электроэнергии на общедомовые нужды....

17 09 2022 1:59:46

Кабель для электроплиты: какой провод нужен для подключения плиты

Кабель для электроплиты: какой провод нужен для подключения плиты Какого сечения нужен кабель для электроплиты при подключении. Какой кабель используется для подключения плиты в квартире....

16 09 2022 17:32:54

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала Способы экономии электроэнергии в быту очень разные, мы выбрали лучшие и рассказали о них вам: двухтарфиный счетчик, энергосберегающие лампы и другое...

15 09 2022 15:46:53

Как сделать самодельную паяльную станцию в домашних условиях: схема

Как сделать самодельную паяльную станцию в домашних условиях: схема Изготовление паяльной станции своими руками. Ремонтные и монтажные работы в современных микросхемах с помощью самодельной паяльной станции с феном. Выбор паяльника. Способы конструирования. Основные рекомендации и правила сборки прибора....

14 09 2022 4:52:32

Периодичность межповерочного интервала для домашних электрических счетчиков

Периодичность межповерочного интервала для домашних электрических счетчиков Что такое межповерочный интервал проверки электросчетчиков. Особенности процесса пломбирования. Порядок проверки электросчетчиков. Самостоятельная проверка исправности электросчетчика....

13 09 2022 12:12:40

Освещение в коридоре: в домах, подъездах и на лестничных клетках

Освещение в коридоре: в домах, подъездах и на лестничных клетках Возможные варианты выполнения освещения коридоров. Критерии выбора и пpaктические советы. Виды применяемых ламп и их преимущества....

12 09 2022 19:19:12

Расчет времени до полного заряда аккумуляторной батареи зарядным устройством

Расчет времени до полного заряда аккумуляторной батареи зарядным устройством Особенности правильной зарядки автомобильной аккумуляторной батареи. Время заряда аккумуляторов. Выбор оптимального по мощности зарядного устройства для автомобильных аккумуляторных батарей. Правила обслуживания АКБ....

11 09 2022 7:44:45

Электромагниты переменного электрического тока и другие мощные магниты

Электромагниты переменного электрического тока и другие мощные магниты Как работает электромагнит? Изготовление электромагнита 12в. в домашних условиях. Преимущества использования электромагнитов переменного тока. Расчеты изготовления магнитов для переменного и постоянного токов. Находим применения электромагниту в телевизорах, трaнcформаторах и пусковых устройствах автомобиля....

10 09 2022 2:28:48

Технические хаpaктеристики кабеля ААБЛ: расшифровка и преимущества

Технические хаpaктеристики кабеля ААБЛ: расшифровка и преимущества Описание кабеля ААБЛ. Расшифровка ААБЛ-кабеля. Элементы конструкции кабеля-провода ААБ-л. Материал изготовления. Преимущества и недостатки алюминиевых ААБЛ-кабелей. Правила прокладки ААБЛ кабелей....

09 09 2022 12:22:20

Параметры тока при параллельном соединении резисторов: расчет подключения

Параметры тока при параллельном соединении резисторов: расчет подключения Правила параллельного соединения резисторов. Расчеты мощности и силы тока в проводниках при параллельном соединении резисторов. Примеры формул. Отличия от последовательного и смешанного соединений....

08 09 2022 21:58:13

Детские светильники - особенности выбора и правила освещения

Детские светильники - особенности выбора и правила освещения Детские светильники выполнены с применением источников света специально созданных для детей и позволяют подобрать модели для общего и локального освещения....

07 09 2022 18:32:29

Об автоматическом выключателе: что такое автомат, места установки и правила монтажа

Об автоматическом выключателе: что такое автомат, места установки и правила монтажа Виды и классификация автоматических выключателей. Приборы для работы со сверхвысокой нагрузкой. Назначение автоматического выключателя. Процесс монтажа автомата для постоянного и переменного тока....

06 09 2022 17:19:51

О дециметровой антенне: конструкция антенны дециметрового диапазона для телевизора

О дециметровой антенне: конструкция антенны дециметрового диапазона для телевизора Современное цифровое телевещание и преимущества диапазона ДМВ. Самодельные дециметровые антенны. Параметры самодельных дециметровых антенн. Особенности самостоятельного изготовления и последующего подключения к телевизору.....

05 09 2022 7:50:44

Разбираем выключатель света в квартире: ремонт и обслуживание своими руками

Разбираем выключатель света в квартире: ремонт и обслуживание своими руками Общая информация о различных моделях выключателей света использующихся в квартирах. Как снять выключатель со стены: необходимые инструменты. Демонтаж электрических розеток. Общие правила электробезопасности....

04 09 2022 16:55:34

Естественное освещение - сведения и методы оценки

Естественное освещение - сведения и методы оценки Естественное освещение зданий дает возможность повысить комфорт в помещениях, а также экономить потрeбление электрической энергии....

03 09 2022 2:37:48

Возникновение блуждающих токов в водопроводных трубах и толще грунта

Возникновение блуждающих токов в водопроводных трубах и толще грунта Определение блуждающих токов. Блуждающий ток: причина появления, опасность для человека и сооружений. Источники блуждающего тока как наблюдаемого явления. Методы борьбы с явлением блуждающего тока. Изоляция от токов стекания....

02 09 2022 12:48:51

Все о системах рекуперации электроэнергии торможением: применение в трaнcпорте

Все о системах рекуперации электроэнергии торможением: применение в трaнcпорте Рекуперативное торможение: достоинства и недостатки. Как работает система рекуперации. Что такое силовой спуск. Рекуперация на трaнcпорте: применение в электромобилях, электровелосипедах и на железной дороге. Торможение асинхронных двигателей....

01 09 2022 23:13:17

Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки

Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки Виды электросхем. Структурная и функциональная электросхемы. Чтение электрических схем. Схема электропроводки. Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки...

31 08 2022 16:51:45

Виды универсальных зарядных устройств для всех типов аккумуляторов

Виды универсальных зарядных устройств для всех типов аккумуляторов Плюсы универсального зарядного устройства для аккумуляторов. Универсальное зарядное устройство «Лягушка»: принцип работы. Универсальная зарядка для аккумуляторных батареек своими руками....

30 08 2022 5:56:27

Отличие трехфазного тока от однофазного, мощность переменного тока в трехфазной цепи

Отличие трехфазного тока от однофазного, мощность переменного тока в трехфазной цепи Почему используют трехфазный ток. Преимущества трехфазной системы. Схемы трехфазных цепей. Формула активной мощности трехфазного приемника. Отличие трехфазного тока от однофазного. Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях....

29 08 2022 0:16:50

Светодиоды для аквариума - расчет и правильный подбор

Светодиоды для аквариума - расчет и правильный подбор Светодиоды для аквариума - важная составляющая системы жизнеобеспечения и комфортные условия существования организмов-гидробионтов....

28 08 2022 9:25:10

Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель: сравнение, разновидности

Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель: сравнение, разновидности Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель? Усредненные расчеты - суточный расход устройства мощностью 1 кВт составляет 8 кВт, обогреет площадь в 16 м²....

27 08 2022 8:24:11

Электрические и электронные самоделки: советы начинающим электрикам

Электрические и электронные самоделки: советы начинающим электрикам Советы по изготовлению электрических и электронных самоделок. Самодельная электрическая гирлянда. Светомузыка своими руками. Самоделки для начинающих. Самоделки своими руками: электрика DIY....

26 08 2022 16:19:37

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Закон Ома для неоднородного участка цепи Понятие и классическая формулировка закона Ома для неоднородного участка цепи. Что такое неоднородная цепь. Применение закона для неоднородных участков....

25 08 2022 7:54:43

Подключение диммера для освещения: примеры, схемы

Подключение диммера для освещения: примеры, схемы Как правильно подключить диммер для ламп и светодиодной ленты. Схемы подключения диммера, особенности, правила....

24 08 2022 13:32:20

Проверить напряжение в розетке легко: инструкция, нормы, инструменты

Проверить напряжение в розетке легко: инструкция, нормы, инструменты Показаний электроэнергии могут отличатся от норм, чтобы проверить их параметры есть специальное оборудование и четкая инструкция которую мы вам расскажем....

23 08 2022 12:16:38

Сравнение аккумуляторных батарей для источников бесперебойного питания

Сравнение аккумуляторных батарей для источников бесперебойного питания Как выбрать аккумуляторную батарею для источника бесперебойного питания. Конструкция и особенности аккумуляторов для ИБП. Рекомендации по эксплуатации аккумулятора для источников БП....

22 08 2022 17:40:42

О блоках питания для антенн: выбор оптимального напряжения и мощности.

О блоках питания для антенн: выбор оптимального напряжения и мощности. Принцип работы блока питания для антенны. Как правильно подключить БП. Возможные неисправности блоков питания для антенн. Выбор оптимального напряжения и мощности. Обзор китайских устройств....

21 08 2022 14:17:48

Изготовление усилителя сигнала телевизионных антенн: улучшение приема своими руками

Изготовление усилителя сигнала телевизионных антенн: улучшение приема своими руками Как усилить сигнал: применение антенн активного типа. Классификация ТВ усилителей: широкополосные, многодиапазонные и диапазонные. Изготовление усилителя сигнала телевизионных антенн: улучшение приема телевизора своими руками...

20 08 2022 5:55:24

Виды кабельных стяжек для крепления проводов: преимущества и недостатки

Виды кабельных стяжек для крепления проводов: преимущества и недостатки Требования, предъявляемые к бандажам. Классификация кабельных стяжек: по материалу изготовления, по возможности многоразового использования. Кабельная стяжка: виды замковых систем для одноразовой стяжки....

19 08 2022 9:35:44

Выбор аккумулятора для авто: как подобрать правильную АКБ по емкости

Выбор аккумулятора для авто: как подобрать правильную АКБ по емкости Для чего нужна АКБ: функции автоаккумулятора. Проверка автоэлектрики и советы по эксплуатации автомобильных аккумуляторов. Как выбрать автоаккумулятор: пpaктические советы. Свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы: преимущества и недостатки....

18 08 2022 15:30:33

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и хаpaктеристики

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и хаpaктеристики Для чего LTE модему нужна внешняя антенна 4G. Технические хаpaктеристики самодельных 4G антенн для мобильных модемов. Как сделать выносную 4G своими руками: схема и инструменты....

17 08 2022 18:42:27

Формулировка закона Ома для полных замкнутых цепей и электрических контурах

Формулировка закона Ома для полных замкнутых цепей и электрических контурах Закон Ома для полной замкнутой цепи. Принцип пропорциональности. Особенности сопротивлений в источниках питания. Как вычислить сопротивление ЭДС. Что такое теория электро- радиотехнических цепей....

16 08 2022 10:51:36

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::