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


Элегазовые выключатели: принцип действия, конструктивные освобенности

Элегазовые выключатели: принцип действия, конструктивные освобенности Принцип действия и конструктивные особенности всех видов элегазовых выключателей высокого напряжения. Их преимущества, недостатки и обслуживание....

16 05 2022 17:48:16

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....

15 05 2022 14:16:45

Освещение в туалете - классификация и монтаж

Освещение в туалете - классификация и монтаж Освещение в туалете и разновидности светильников, особенности монтажа и расположения. Использование подсветки в качестве дизайнерского элемента....

14 05 2022 12:22:16

Разновидности UTP-кабелей и отличие кабеля ЮТП от витой пары

Разновидности UTP-кабелей и отличие кабеля ЮТП от витой пары Кабель utp: основные хаpaктеристики и расшифровка аббревиатуры. Виды utp-кабелей. Отличие провода фтп от ютп. Правила монтажа utp-кабеля. Коннекторы для ютп проводов....

13 05 2022 5:38:23

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....

12 05 2022 3:51:48

Измерительные трaнcформаторы тока: особенности применения

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

11 05 2022 20:20:44

Выпаиваем микросхемы из плат: распайка деталей паяльником

Выпаиваем микросхемы из плат: распайка деталей паяльником Принципы безопасной работы с полупроводниковыми радиодеталями. Типы микросхем и общие правила выпаивания деталей. Перетягивание припоя с места припайки на медные провода, смоченные флюсом. Использование паяльника с oтcocом....

10 05 2022 6:55:59

Время токовые хаpaктеристики автоматических выключателей

Время токовые хаpaктеристики автоматических выключателей Время токовые хаpaктеристики автоматических выключателей бывают А, B, C, D, Z, К типов. Они отличаются соотношениями между действующим и номинальным токами....

09 05 2022 14:33:52

О ремонте светодиодных ламп: как разобрать лампочку и отремонтировать драйвер

О ремонте светодиодных ламп: как разобрать лампочку и отремонтировать драйвер Конструкция и принцип работы светодиодных ламп. Определение неисправности и разборка. Проверка светодиода. Ремонт светодиодной лампы: необходимые инструменты и материалы. О ремонте светодиодных люстр....

08 05 2022 7:37:44

Электромагнитная индукция: феномен возникающий в индуцированном поле

Электромагнитная индукция: феномен возникающий в индуцированном поле Обоснование явления электромагнитной индукции Фарадеем. Направление действия магнитного поля и применение правила буравчика. Явление самоиндукции. Основные величины и наименования измеряемых единиц. Общая теория электромагнитных полей....

07 05 2022 4:19:10

Розетки с терморегулятором: типы и устройство

Розетки с терморегулятором: типы и устройство Розетки с терморегуляторами это приборы которые в автоматическом режиме поддерживают температуру на необходимом пользователю уровне....

06 05 2022 10:17:28

Как правильно сделать заземление в частном доме: срок службы заземления

Как правильно сделать заземление в частном доме: срок службы заземления Для чего нужно заземление. Классификация заземления: отличие устройств в зависимости от их предназначения. Защита от молний. Использование естественных заземлений. Как правильно сделать искусственное заземление в частном доме: срок службы заземления....

05 05 2022 6:57:23

Контур заземления: разновидности, подключение

Контур заземления: разновидности, подключение Устройство контура заземления, необходимая аппаратура, полезные рекомендации и монтаж заземления от эксперта....

04 05 2022 22:58:52

Выбор дозиметра - бытового прибора для измерения излучения и радиоактивного фона

Выбор дозиметра - бытового прибора для измерения излучения и радиоактивного фона Состав устройства дозиметр и его назначение. Типы дозиметров: от профессиональных устройств до бытовых приборов. Другие типы регистрирующих устройств. Бытовые дозиметры: особенности устройств и выбор. Порядок измерения радиации и излучений....

03 05 2022 18:34:18

О греющем кабеле: монтаж саморегулирующего греющего кабеля в водопроводной системе

О греющем кабеле: монтаж саморегулирующего греющего кабеля в водопроводной системе Конструкция и сферы применения кабеля греющего, саморегулирующегося. Классификация греющих кабелей. Как выбрать греющий кабель для бытового трубопровода. Монтаж резистивного греющего провода....

02 05 2022 15:33:54

Технические хаpaктеристики и расшифровка кабелей ВБбШв

Технические хаpaктеристики и расшифровка кабелей ВБбШв Маркировка установочных проводов и кабелей согласно ГОСТу. Конструкция ВБбШв: требования предъявляемые к изоляции провода. Технические хаpaктеристики ВБбШв-провода. Конструктивные хаpaктеристики проводов ВБб-Шв (таблица)....

01 05 2022 20:57:12

Стабилизаторы напряжения «Штиль»: модельный ряд, особенности устройств

Стабилизаторы напряжения «Штиль»: модельный ряд, особенности устройств Применение и особенности эксплуатации российских стабилизаторов «Штиль». Преимущества стабилизатора ИнСтаб 3500. Стабилизаторы Штиль: модели и хаpaктеристики устройств, области применения....

30 04 2022 23:50:27

Счетчики электроэнергии новые: самостоятельная замена и принцип работы

Счетчики электроэнергии новые: самостоятельная замена и принцип работы Принцип работы электронного счетчика электроэнергии, все его компоненты. Преимущества такой установки по сравнению с индкуционным счетчиком, фото, видео....

29 04 2022 21:37:54

О самодельных генераторах: трехфазный генератор переменного тока своими руками

О самодельных генераторах: трехфазный генератор переменного тока своими руками Как сделать самодельный генератор переменного тока из асинхронного двигателя. Выбор конструкции. Порядок доработки обмоток. Организация приводной части. Изготовление генератора на постоянных магнитах....

28 04 2022 11:48:59

Прибор для экономии электроэнергии: виды и способы экономии электроэнергии, Smart-Boy

Прибор для экономии электроэнергии: виды и способы экономии электроэнергии, Smart-Boy Легальные и незаконные способы экономии електричества. Энергосберегающий прибор, основные правила работы. Принципиальная схема устройства своими руками....

27 04 2022 8:16:38

Ценовые категории потребителей электроэнергии в России

Ценовые категории потребителей электроэнергии в России Шесть ценовых групп электроэнергии и их особенности описаны в нашей статье понятным языком. Поэтому легко разобраться кому и сколько платить!...

26 04 2022 1:52:22

Зарядные устройства для шуруповертов на 12 и 18 вольт своими руками

Зарядные устройства для шуруповертов на 12 и 18 вольт своими руками Зарядное устройство аккумуляторов шуруповерта. Разновидности устройств для зарядки батарей. Дополнительные функции устройств для зарядки. Ремонт и модернизация зарядных приборов своими руками. Форм фактор, совместимость....

25 04 2022 4:21:23

Типы клеммников для электрической проводки: клеммная колодка

Типы клеммников для электрической проводки: клеммная колодка Когда применяются клеммные колодки. Типы клеммных соединений: клеммная колодка, скрутки, ножевые, распределительные и пружинные клеммы. Клеммники для светильников и электропроводки. Назначение клеммных коробок....

24 04 2022 21:50:21

Реверсивный магнитный пускатель: подключение и запуск, настройка реверса

Реверсивный магнитный пускатель: подключение и запуск, настройка реверса Как устроен магнитный реверсивный пускатель. Подключение обычного магнитного пускателя. Особенности подключений магнитных реверсивных пускателей. Контроль подключения силовых контактов к магнитному реверсивному пускателю: схема с кнопками....

23 04 2022 2:31:54

О концевых выключателях двери: принцип работы и назначение устройства

О концевых выключателях двери: принцип работы и назначение устройства Устройство приборов и хаpaктерные признаки. Выключатели механического типа и магнитные приборы. Правила монтажа концевых выключателей двери. Применение концевых выключателей для управления дверьми....

22 04 2022 6:31:28

Что делать в случае боя энергосберегающих ламп: сколько ртути содержит одна лампа

Что делать в случае боя энергосберегающих ламп: сколько ртути содержит одна лампа Устройство и принцип люминисцентного источника света. Опасности попадания ртути в организм человека. Разбилась лампочка энергосберегающая: что делать, какова опасность для здоровья человека?...

21 04 2022 21:46:47

Выбор мощного и надежного аккумуляторного шуруповерта для работы дома

Выбор мощного и надежного аккумуляторного шуруповерта для работы дома Как правильно выбрать аккумуляторный шуруповерт. Виды акб шуруповертов: какой аккумулятор лучше. Основные технические хаpaктеристики шуруповерта: мощность, вид патрона, типы аккумуляторов, совместимость. Самый маленький профессиональный шуруповерт....

20 04 2022 4:45:15

О коpaбах для электропроводки пластиковых: размеры, виды способы монтажа

О коpaбах для электропроводки пластиковых: размеры, виды способы монтажа Преимущества использования кабель каналов для проводки. Виды электромонтажных каналов по материалу и месту расположения. Конструкция кабель-канала. Короба для электропроводки пластиковые: размеры и виды....

19 04 2022 11:53:44

Как выбрать счётчик электроэнергии: виды и особенности

Как выбрать счётчик электроэнергии: виды и особенности Выбор счетчика электроэнергии очень важная часть электрификации своего дома, главное следовать нескольким простым советам, тогда все получится!...

18 04 2022 12:13:48

Электрический двигатель: основные принципы действия электродвигателей

Электрический двигатель: основные принципы действия электродвигателей Принцип работы электродвигателя. Электродвигатели постоянного и переменного тока. Линейный электродвигатель. Использование электромоторов переменных токов в однофазной сети. Упрощения запуска электрического двигателя. Формула мощности трехфазного двигателя....

17 04 2022 16:39:14

Расшифровка степени (класса) защиты IPX-7: применение в технике

Расшифровка степени (класса) защиты IPX-7: применение в технике Маркировка корпуса электроприборов. Расшифровка: что обозначают первая и вторая цифры в маркировке IPXX. Таблица кодов защиты. Класс (степень) защиты IPX7. Тестирование электроизделий погружением....

16 04 2022 18:47:19

О программе виртуального осциллографа онлайн для PC

Функциональные особенности онлайн осциллографа для ПК. Термины используемые программой онлайн-осциллографа. Преобразование компьютера в осциллограф. Применение программы в быту....

15 04 2022 23:56:16

О счетчике двухтарифном: правила установки выгодного электросчетчика

О счетчике двухтарифном: правила установки выгодного электросчетчика Что такое счетчик двухтарифный: принцип работы прибора. Монтаж счетчика двухтарифного: уполномоченные организации. Преимущества и недостатки прибора. Разновидности конструкций. Подключение двухтарифных приборов учета....

14 04 2022 14:57:41

Виды самозажимных пружинных клеммников: применение и преимущества

Виды самозажимных пружинных клеммников: применение и преимущества Классификация клеммников, преимущества и недостатки устройств. Самозажимной пружинный клеммник - простота и надежность применения. Недостатки быстрозажимного клеммника. Как правильно выбрать клеммники....

13 04 2022 23:17:27

Вычисляем мощность переменного и постоянного электрического тока по формуле

Вычисляем мощность переменного и постоянного электрического тока по формуле Определение мощности как основной хаpaктеристики электрооборудования. Мощность: определение с помощью закона Ома. Расчёт мощностей электрического тока в сетях переменного и постоянного напряжения. Однофазные нагрузки....

12 04 2022 5:51:33

Гистерезиз и его магнитная петля: механизм возникновения петли гистерезиса

Гистерезиз и его магнитная петля: механизм возникновения петли гистерезиса Что такое гистерезис. Вещества и их магнитные свойства. Использование явления. Использование графического изображения петель гистерезиса для упрощения расчётов хаpaктеристик магнитных полей и параметров систем. Площадь магнитного гистерезиса....

11 04 2022 16:48:15

Сварка: способы сваривания жил проводов и кабелей. Инструкция и рекомендации

Сварка: способы сваривания жил проводов и кабелей. Инструкция и рекомендации Технология сваривания аппаратами инверторного типа. Выбор конкретного аппарата для сварки жил проводников. Контактный, газовый и термитный способы сварки....

10 04 2022 2:43:54

Освещение прихожих и коридоров - виды и особенности

Освещение прихожих и коридоров - виды и особенности Освещение прихожих и коридоров нужно делать с учетом особенностей их размеров, а также установленной мебели и аксессуаров....

09 04 2022 5:35:23

О дистанционных выключателях света с пультом: подключение выключателя своими руками

О дистанционных выключателях света с пультом: подключение выключателя своими руками Принцип работы и особенности дистанционного выключателя света с пультом. Инфpaкрасные (ИК) устройства. Обзор дистанционных включателей света с пультом. Порядок самостоятельного подключения устройств....

08 04 2022 6:12:15

Кабель с резиновой изоляцией и другие виды кабеля

Кабель с резиновой изоляцией и другие виды кабеля Кабель в резиновой изоляции имеет одно неоспоримое преимущество среди остальной продукции это гибкость. Однако они уступают бумажной или же ПВХ изоляции....

07 04 2022 10:12:17

Заземление трaнcформатора: способы заземления и причины

Заземление трaнcформатора: способы заземления и причины Способы и причины заземления, а также зануления понижающих трaнcформаторов. Заземления трaнcформаторов освещения и тока....

06 04 2022 5:58:31

Восстановление аккумулятора: последствия переплюсовки

Восстановление аккумулятора: последствия переплюсовки Конструкция и принцип работы свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора. Что такое переполюсовка АКБ. Причины естественной переполюсовки. Чем опасна переполюсовка при прикуривании. Порядок действий при переполюсовке аккумулятора....

05 04 2022 15:49:41

Схема подключения и хаpaктеристики счетчика электроэнергии Меркурий 201

Схема подключения и хаpaктеристики счетчика электроэнергии Меркурий 201 Общее описание прибора учета электроэнергии Меркурий 201. Правила (схема) подключения и технические хаpaктеристики однофазного счетчика Меркурий-201. Преимущества использования в быту и на производстве....

04 04 2022 1:22:49

Изготовление самодельной антенны для радио своими руками в домашних условиях

Изготовление самодельной антенны для радио своими руками в домашних условиях Как изготовить самодельную антенну для радио в домашних условиях. Разновидности антенн: стержневые, проволковые, телескопические. Конструкция FM антенны для приемника. Подключение антенны....

03 04 2022 13:51:18

Принцип действие МТЗ: разновидности максимально-токовых защит

Принцип действие МТЗ: разновидности максимально-токовых защит Определения и условия сpaбатывания максимальной токовой защиты. Виды приборов токовых защит. Максимальная токовая защита: предварительная подготовка специального измерительного оборудования. Определяем токовую отсечку (ТО)....

02 04 2022 17:34:48

Механическая мощность: формула, мгновенный и средний расчет силы

Механическая мощность: формула, мгновенный и средний расчет силы Разные виды мощности и единицы измерения мощностей. Механическая мощность: формула, мгновенный и средний расчет силы. Что называется механической мощностью. Приборы для измерения мощности....

01 04 2022 18:59:14

Выпрямитель тока: переменный ток в постоянный, схема выпрямителя тока

Выпрямитель тока: переменный ток в постоянный, схема выпрямителя тока Для чего нужны выпрямители переменного тока. Область применения выпрямителей переменных токов. Классификация: по числу фаз, по управляемости, по значению мощности. Выпрямляем переменный ток в постоянный: полуволновой или полноволновой метод....

31 03 2022 23:10:59

Замена электрических выключателей света в квартире своими руками

Замена электрических выключателей света в квартире своими руками Виды выключателей: наружные и встроенные - преимущества и недостатки. Диммеры, датчики движения, кнопочные и сенсорные выключатели света. Как поменять выключатель своими руками. Необходимые инструменты и расходные материалы....

30 03 2022 18:27:20

Подключение светодиодных rgb-лент к контроллеру с пультом

Подключение светодиодных rgb-лент к контроллеру с пультом Применение многоцветной (RGB) ленты. Конструкция led-ленты. Управление цветом rgb-ленты с помощью пульта дистанционного управления. Управление led-лентой при помощи Ардуино. Питание светодиодных ленты....

29 03 2022 5:30:19

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике Что такое электрическое напряжение: формула для вычисления. Основные факторы, влияющие на норматив напряжения электрических токов. Меры предосторожности при измерении напряжений электротоков....

28 03 2022 14:38:56

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