efect de suprafață în conductorul
Echipamente electrice: Bazele
efect de suprafață în conductorul. efect de piele. Proprietățile de frecvență.
curent alternativ este însoțită de fenomene electromagnetice care duc la deplasarea sarcinilor electrice cu conductorul de la periferia sa. Acest efect este numit - efect de suprafață, sau efectul de piele. Ca urmare a acestui efect curent devine neuniformă. La periferia curentului este mai mare magnitudine mai mică decât în centru. Acest lucru se datorează diferențelor de densitatea de purtatori de sarcina în secțiunea transversală perpendiculară a conductorului în raport cu direcția curentului.
adâncimea de penetrare a curentului este determinată conform expresiei:
Folosind formula de mai sus pentru conductorul de cupru se obține că frecvența curentă de 50 Hz, adâncimea de penetrare de aproximativ 9,2 mm. Practic, acest lucru înseamnă că, având un conductor cu o secțiune transversală circulară cu o rază mai mare de 9,2 mm, curentul în conductorul central este lipsește, pentru că nu vor exista purtatori de sarcina.
Cu cât frecvența curentului, cu atât mai puțin adâncimea de penetrare. Creșterea frecvenței curentului de două ori, rezultând o scădere în adâncimea de penetrare a rădăcinii pătrate a doua. Dacă frecvența creșterii curentului de 10 ori, respectiv, adâncimea de penetrare scade în rădăcina de 10 ori.
Graficul distribuției curente.
Graficul arată clar distribuția J densității de curent într-un conductor de secțiune transversală circulară (cilindru). În afara adâncimea de penetrare a densității de curent este zero sau neglijabilă, deoarece în aceste locuri nu există electroni liberi ale conductorului. Curentul în aceste părți lipsește.
Dacă centrul conductorului fără curent, scoate material conductor, obținem un conductor tubular sub forma unui tub (tubular). Caracteristicile conductive ale acestei nu se schimba, deoarece ambele curente și nu a existat nici o rezistență la un astfel de conductor nu se va schimba, dar se poate schimba caracteristici, cum ar fi inductanța și capacitatea conductorului.
Rezistența conductorului în circuitul de curent alternativ depinde nu numai de material conductor, dar, de asemenea, pe frecvența curentă. La frecvențe înalte, datorită efectului de piele. toate curentul începe să curgă aproape pe sârmă de frontieră, în cazul în care acesta este în contact cu mediul exterior, non-conductoare.
Utilizarea practică a efectului de piele.
Distribuția densității de curent într-un conductor în funcție de frecvența curentului permite un fir pentru a transmite semnale electrice de frecvențe diferite. un semnal de înaltă frecvență de călătorie pe raza exterioară (mai mult) conductorului, iar semnalele de la frecvența de rază mai mică. Rezultatul este ceva ca un tort strat de formă cilindrică, în care umplutura este distribuit spherically. Fiecare tip de umplere - este ca o frecventa de curent separat.
Având în vedere amploarea actuală de penetrare pentru frecvențe diferite, dacă este necesar conductor cu o rază mai mare decât adâncimea de penetrare, este rezonabil să se utilizeze un cablu multifilar. Să presupunem că, pentru 50 Hz curent de frecvență, o rază limită de aproximativ 9 mm, ceea ce înseamnă că nu există nici un sens de a exploata conductor integral cu o rază mai mare de 9 mm. Acesta va avea nici o creștere a conductivității deoarece curentul în conductorul central este lipsește, ceea ce este utilizarea ineficientă a cuprului scump. De aceea, pentru secțiuni mari aplică toroane și cabluri.
La transmiterea semnalelor de înaltă frecvență, pentru a salva metalul de bază, principalul purtător de sârmă din aliaj de oțel ieftin, care este apoi acoperit cu un strat subțire de cupru. Datorită efectului de piele, curentul curge substanțial numai prin teaca de cupru, și o bază de oțel este absent. Acest lucru poate reduce semnificativ costul de fire și cabluri pentru comunicații de înaltă frecvență.