Скин-эффект

Скин-эффект. Возникновение индукционного тока при пропускании по проводнику переменного тока приводит к перераспределению суммарного тока по сечению проводника в тонких линейных цилиндрических проводниках, а именно, он выталкивается на поверхность проводника. Это явление получило название скин-эффекта (от англ. skin – кожа, оболочка). Чем выше частота переменного тока, тем тоньше поверхностный слой, по которому проходит ток. Внутри проводника тока фактически нет. Таким образом, под скин-эффектом понимают явление неравномерного распределения переменного тока по поперечному сечению проводника: повышение его плотности в поверхностном слое и уменьшение вблизи оси проводника.

Рис. 6.13

Для качественного объяснения?вытеснения?переменного тока к поверхности проводника при скин-эффекте выделим участок цилиндрического проводника (рис. 6.13). Рассмотрим момент времени, когда сила тока I возрастает. При этом возрастает и индукция создаваемого током магнитного поля. Следовательно, в соответствии с правилом Ленца, пеpпендикуляpно к силовым линиям этого поля, то есть вдоль пpовода, наводится вихревое электpическое поле, которое у поверхности проводника направлено так же, как и ток I, а на оси проводника – противоположно току. Это поле будет усиливать ток I вблизи поверхности и ослаблять его на оси проводника. Согласно закону Ома , при этом плотность тока в центральной части проводника уменьшается, а около поверхности проводника – возрастает.

Если же ток уменьшается, то ослабевающее вместе с ним магнитное поле создаст вихревое электрическое поле, напряженность которого будет направлена противоположно по сравнению с первым рассмотренным случаем, то есть у поверхности проводника будет противоположна току, а на оси – совпадать с током. Таким образом, как бы ни изменялась сила тока в проводнике, индуцируемое им вихревое электрическое поле на оси проводника препятствует, а у поверхности проводника способствует изменениям тока. Следовательно, на оси проводника ток слабее, а у поверхности – сильнее.

Чем выше частота переменного тока, тем тоньше поверхностный слой, по которому проходит ток. Наличие скин-эффекта позволяет вместо сплошных проводников использовать трубчатые, если они предназначены для цепей переменного тока высокой частоты. Однако уменьшение сечения проводника приводит к возрастанию его сопротивления. В этих случаях для снижения общего сопротивления полых проводников принимают специальные меры, в частности, покрывают поверхность тонким слоем серебра.