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


О видах аккумуляторов: какие бывают разновидности батарей, виды АКБ

О видах аккумуляторов: какие бывают разновидности батарей, виды АКБ Виды существующих аккумуляторных батарей: от электрохимических до световых. Разновидности свинцово-кислотных батарей. Расшифровка аббревиатур и технические хаpaктеристики различных видов аккумуляторов....

28 01 2023 3:35:29

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....

27 01 2023 20:50:38

Расчет освещения - для экономии средств и создания нормальной освещенности

Расчет освещения - для экономии средств и создания нормальной освещенности При расчете освещения учитываются особенности помещения, условия труда и другие параметры. Вычислениями определяется необходимое количество светильников....

26 01 2023 4:11:14

О диоде Шоттки: общий принцип работы, маркировка, обозначение

О диоде Шоттки: общий принцип работы, маркировка, обозначение Диод Шоттки - полупроводниковый, применяющий в принципе своей работы барьерный эффект. Принцип работы диода Шоттки. Сдвоенный диод с барьером. Диоды Шоттки в источниках питания. Проверка диодов Шоттки....

25 01 2023 16:24:50

Коммерческий учет электроэнергии: особенности, автоматизированные системы

Коммерческий учет электроэнергии: особенности, автоматизированные системы Коммерческий учет это финансовый расчет между предприятием поставляющим электрическую энергию или производящими ее и конечным потребителем....

24 01 2023 13:15:53

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....

23 01 2023 14:12:40

Разновидности витой пары и типы маркировки кабеля для интернета

Разновидности витой пары и типы маркировки кабеля для интернета Общая классификация и назначение кабелей типа "витая пара": экранированные и неэкранированные кабеля. Устройство витых пар и правила соединения с помощью коннекторов RJ45. Особенности маркировки, материал и сечение проводника....

22 01 2023 21:31:52

Как перевести вольтамперы в ватты — калькулятор вычисления мощности

Как перевести вольтамперы в ватты — калькулятор вычисления мощности Формулы для перевода вольтамперов в ватты. Напряжение умножаемое на ток - мощность. Понятие активной, реактивной и полой силы. Отличие ватта от вара и вольт ампера. Определение мощности в электричестве....

21 01 2023 12:27:36

Натриевая лампа - классификация и преимущества

Натриевая лампа - классификация и преимущества Натриевая лампа, ее преимущества, в каких сферах применяются, недостатки натриевых ламп. Правила безопасности с такими лампами....

20 01 2023 2:59:51

Освещение аквариума: типы ламп и их приемущества

Освещение аквариума: типы ламп и их приемущества Особенности организации правильного аквариумного освещения. Возможные типы ламп и их преимущества. Подводная подсветка. Расчет нужного освещения....

19 01 2023 0:45:26

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление Принцип действия терморезистора. Виды и особенности конструкции терморезисторов, технические хаpaктеристики. Отличие позисторов от термисторов. Терморезистор: области применения, преимущества и недостатки....

18 01 2023 17:36:34

Газоразрядные лампы для проекторов - принцип работы

Газоразрядные лампы для проекторов - принцип работы Газоразрядные лампы для проектора названы так по причине свечения, которое происходит в среде инертного газа и паров металлов, а не в воздухе....

17 01 2023 23:50:21

Монтаж источников света - потолочные и настенные

Монтаж источников света - потолочные и настенные Монтаж источников света может выполняться квалифицированным электриком, а может и без него, главное знать основные нюансы подключения светильников....

16 01 2023 1:42:39

Гальванические цинкование и серебрение: электрохимическая гальванопластика своими руками

Гальванические цинкование и серебрение: электрохимическая гальванопластика своими руками Что такое гальваника. Гальванопластика в домашних условия. Необходимое оборудование для занятий гальванопластикой. Изготовление электролита и особенности цинкования металлов. Особенности гальванического серебрения. Прибор для гальваники в домашних условиях....

15 01 2023 11:33:51

Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы

Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы Особенности подготовки к аттестации. Примеры общих вопросов. Современные системы технического обучения. Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы....

14 01 2023 18:36:20

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!...

13 01 2023 12:39:30

Основы радиотехники и радиоэлектроники для радиолюбителей

Основы радиотехники и радиоэлектроники для радиолюбителей Что нужно знать о радиотехнике и радиоэлектронике начинающему радиолюбителю. Какие нужны инструменты, материалы и измерительные приборы. Паяльник для начинающего радиолюбителя. Техника безопасности. Полезные советы....

12 01 2023 22:41:54

Нормы освещения и требования к ним: выдержки из СниП, СанПиН

Нормы освещения и требования к ним: выдержки из СниП, СанПиН Описаны нормы освещения снип и санпин для разных государственных учреждений, улиц и всех основных помещений. Изложены общие требования по освещению....

11 01 2023 16:57:47

Измерение яркости светящейся поверхности и интенсивности светоотдачи

Измерение яркости светящейся поверхности и интенсивности светоотдачи Виды света и хаpaктеристики светового потока ламп накаливания, светодиодных и светосберегающих источников освещения. Единицы измерения. Определение светоотдачи, яркости и интенсивности освещения. Люксы, люмены, канделы: в чем измеряют свет....

10 01 2023 16:18:10

Монтаж освещения - советы, основы и рекомендации

Монтаж освещения - советы, основы и рекомендации Монтаж освещения выполняется после составления проекта в соответствии с требованиями электротехнической безопасности и с учетом особенностей интерьера....

09 01 2023 12:47:42

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....

08 01 2023 4:45:34

Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения

Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения Электрический ток: единицы мощности, способы измерения, определение. Активная и реактивная мощность тока. Прямые и косвенные замеры. Как обозначается мощность тока. Аналоговые и цифровые приборы для вычисления силы (мощности) токов....

07 01 2023 0:36:53

О розетках для варочных панелей и духовых шкафов: подключение силовой розетки

О розетках для варочных панелей и духовых шкафов: подключение силовой розетки Какие розетки подходят для варочных панелей или духовых шкафов. Варианты изготовления и производители изделий. Правильная розетка для электроплит. Правила монтажа розеток для мощной кухонной техники....

06 01 2023 13:44:14

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....

05 01 2023 18:19:58

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель Как подключить два телевизора к одной антенне: виды подключения к активной или пассивной антенне. Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне. Можно ли к активной антенне подключить усилитель....

04 01 2023 16:15:30

Изготовление осциллографа в домашних условиях из планшета или ноутбука

Изготовление осциллографа в домашних условиях из планшета или ноутбука Изготовление осциллографа своими руками в домашних условиях. USB-осциллограф. Осциллографы из звуковых плат компьютера или ноутбука. Модернизация (доработка) планшета. Программа для получения осциллограмм....

03 01 2023 23:34:25

Паяльные флюсы: какой лучше, типы, назначение и как сделать своими руками

Паяльные флюсы: какой лучше, типы, назначение и как сделать своими руками Что такое флюс для пайки: его предназначение и способы использования. Разновидности паяльных флюсов: активные, бескислотные, активизированные и антикоррозийные. Правила применения флюса при пайки. Самостоятельное изготовление....

02 01 2023 16:47:32

Что измеряется в люменах: формула силы освещения в физике, приборы для измерения

Что измеряется в люменах: формула силы освещения в физике, приборы для измерения Что измеряется в люменах. Определение светового потока, силы света и освещенности. Какой формулой вычисляется сила освещения в физике. Lumen значит свет: нахождение единицы света - люмена. Измерительные приборы. Рекомендации по правильному освещению рабочего места....

01 01 2023 15:38:25

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....

31 12 2022 0:29:40

Заглушка для розетки: виды, как выбрать и как сделать самому

Заглушка для розетки: виды, как выбрать и как сделать самому Заглушки для детей, их виды и модификации. Как сделать правильный выбор и как изготовить простейший вид заглушки своими руками....

30 12 2022 12:44:51

Расчет освещения в бытовых и производственных помещениях

Расчет освещения в бытовых и производственных помещениях Расчёт количества и мощности светильников, а также ламп для освещения жилых и производственных помещений. Расчет прожекторного освещения....

29 12 2022 4:47:49

Декоративная электропроводка: типы, фото, видео

Декоративная электропроводка: типы, фото, видео В нынешнее время существует огромное разнообразие методов декорирования электропроводки, и новые веяния заставили нас разобраться в этой теме....

28 12 2022 1:38:28

Добро пожаловать!

Добро пожаловать! Сайт Amperof.ru это ваш помощник по электротехнике, электрооборудованию и электроснабжению! Портал для любителей нашей тематики....

27 12 2022 21:48:59

О дифференциальной защите: устройство и принцип работы токового трaнcформатора

О дифференциальной защите: устройство и принцип работы токового трaнcформатора Принцип действия, на основании которого работает дифференциальная защита. Виды дифзащиты: продольная и работающая по принципу поперечного включения. Области применения дифференциальной защиты....

26 12 2022 7:45:20

Как измерить емкость конденсатора без выпаивания: приборы и порядок действий

Как измерить емкость конденсатора без выпаивания: приборы и порядок действий Устройство и хаpaктеристики электролитических и неполярных конденсаторов. Возможные неисправности, проверка работоспособности деталей мультиметр. Измерение емкости элементов. Измерение прибором ESR. Снижение напряжения пробоя конденсатора....

25 12 2022 3:43:46

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....

24 12 2022 14:33:59

Умный дом - создаем автономную систему

Умный дом - создаем автономную систему Перечень функций которые выполняет умный дом, варианты применяемого оборудования, а также проектирование умного дома. Как работает система....

23 12 2022 18:20:57

Формула расчета реактивного сопротивления проводника: калькулятор расчетов

Формула расчета реактивного сопротивления проводника: калькулятор расчетов Реактивное сопротивление резисторов и реактивных устройств. Понятие электрического импенданса. Вычисления падения напряжения на концах катушки индуктивности (соленоида). Расчет реактивного сопротивления конденсатора....

22 12 2022 10:59:10

Изготовление точечной сварки для аккумуляторных батарей в домашних условиях

Изготовление точечной сварки для аккумуляторных батарей в домашних условиях Особенности контактной сварки. Точечная сварка аккумуляторов: изготовление сварочного аппарата. Сборка сварки для аккумуляторов: необходимые материалы и схемы сборки. Инструкция по эксплуатации самодельного аппарата точечной сварки для аккумуляторов....

21 12 2022 2:28:51

Заземления: повторные, электролитические, модульные и глубинные

Заземления: повторные, электролитические, модульные и глубинные Определение модульного заземления. Устройство штыревого заземления. Глубина помещения электрода в грунт. Принцип установки модульных заземлений. Преимущества глубинного заземления. Что такое искусственный заземлитель....

20 12 2022 11:28:24

Электричество на расстоянии: способ беспроводной передачи электричества

Электричество на расстоянии: способ беспроводной передачи электричества Беспроводная передача энергии. Способы беспроводной передачи электричества. Питание электроприборов беспроводным способом. Современные разработки передачи энергии без провода: наиболее перспективные пути беспроводной передачи электроэнергии....

19 12 2022 1:14:49

Правильная зарядка литий-ионных аккумуляторов: правила зарядки li-ion АКБ

Правильная зарядка литий-ионных аккумуляторов: правила зарядки li-ion АКБ Особенности работы Li-Ion аккумуляторной батареи. От чего зависит зарядка аккумулятора. Общие правила зарядки литий ионных аккумуляторов. Выделим основные принципы того, как правильно и без вреда для работы заряжать и использовать литий-ионные аккумуляторы....

18 12 2022 10:35:57

Сетевые шнуры для питания системного блока и монитора компьютера

Сетевые шнуры для питания системного блока и монитора компьютера Как правильно выбрать кабель питания для компьютера и монитора: критерии выбора и на что обратить внимание. Основные хаpaктеристики сетевых шнуров для системных блоков: длина, тип вилки, цвет. Что зависит от качества сетевого кабеля для ПК....

17 12 2022 16:28:47

Источники магнитного поля: что собой представляет и в чем измеряется магнитное поле

Источники магнитного поля: что собой представляет и в чем измеряется магнитное поле Как развивалось учение о магнитном поле. Хаpaктеристики магнитного поля. Природа возникновения магнитных полей. Как представить магнитное поле. Какие бывают магнитные поля. Получение энергии из магнитного поля Земли....

16 12 2022 19:21:47

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....

15 12 2022 7:31:57

Подсветка потолка: как выбрать осточник освещения

Подсветка потолка: как выбрать осточник освещения Популярным элементом любого интерьера является грамотно выполненная подсветка потолка. Она придаст помещению любого назначения индивидуальность....

14 12 2022 3:10:13

Об электробезопасности на предприятиях: правила, инструкции и нормы применения

Об электробезопасности на предприятиях: правила, инструкции и нормы применения Что такое электробезопасность на предприятии: нормы, меры и нюансы. К каким категориям относится персонал и требования по безопасности. Что запрещают правила по электробезопасности. Проверка знаний персонала....

13 12 2022 4:26:49

Поверхностный (скин-эффект) в проводнике

Поверхностный (скин-эффект) в проводнике Общее объяснение скин эффекта. Глубина проникновения: формулы расчетов поверхностных эффектов. Приблизительная формула для определения частоты среза для данного диаметра проводника. Способы подавления скин-эффекта....

12 12 2022 21:23:52

Технические хаpaктеристики термостойкого кабеля РКГМ: расшифровка маркировки и виды

Технические хаpaктеристики термостойкого кабеля РКГМ: расшифровка маркировки и виды Значение маркировки кабеля. Технические хаpaктеристики и особенности провода РКГМ. Термостойкий провод РКГМ: преимущество проводника. Разновидности РКГМ-кабеля. Класс кабеля-РКГМ и его отличительные свойства в зависимости от количества токопроводящих жил....

11 12 2022 6:43:17

Кабельные гермовводы: назначение, размеры и классификация

Кабельные гермовводы: назначение, размеры и классификация Основное назначение и применение кабельных гермовводов. Конструктивные особенности сальника кабеля. Основные критерии выбора кабельного гермоввода. Кабельные гермовводы (сальники): типы и классификация....

10 12 2022 20:25:24

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