Felületi hatás és közelséghatás
A vezető egyenárammal szembeni ellenállását a jól ismert ro =ρl / S képlet határozza meg.
Ez az ellenállás az állandó áram IО és a PO teljesítmény nagyságának ismeretében is meghatározható:
ro = PO / AzO2
Kiderült, hogy egy váltakozó áramú áramkörben ugyanannak a vezetőnek az ellenállása r nagyobb, mint az ellenállási állandó áram: r> rО
Ezt az r ellenállást az egyenáramú rO ellenállással ellentétben aktív ellenállásnak nevezzük. A huzalellenállás növekedése azzal magyarázható, hogy váltóáram esetén az áramsűrűség a vezeték keresztmetszetének különböző pontjain nem azonos. Vezetőfelületeim vannak, az áramsűrűség nagyobb, mint egyenáramnál, és a középpontja kisebb.
Nagy frekvencián az egyenetlenségek olyan élesen jelennek meg, hogy a vezető keresztmetszetének jelentős központi tisztaságában az áramsűrűség gyakorlatilag nulla, az áram csak a felületi rétegben halad át, ezért ezt a jelenséget felületi hatásnak nevezzük.
Így a felületi hatás az áramot átfolyó vezeték keresztmetszetének csökkenéséhez vezet (aktív keresztmetszet), és ezáltal az ellenállásának növekedéséhez az egyenáram ellenállásához képest.
A felületi hatás okának magyarázatához képzeljünk el egy hengeres vezetőt (1. ábra), amely nagyszámú, azonos keresztmetszetű elemi vezetőből áll, egymás közvetlen közelében és koncentrikus rétegekbe rendezve.
Ezeknek a vezetékeknek az egyenárammal szembeni ellenállása, amelyet a ρl / S képlet határoz meg, azonos lesz.
Rizs. 1. Hengeres vezető mágneses tere.
A váltakozó elektromos áram váltakozó mágneses teret hoz létre minden vezeték körül (1. ábra). Nyilvánvalóan a tengelyhez közelebb elhelyezkedő elemi vezetőt nagy mágneses fluxus felületű vezető veszi körül, ezért az előbbi induktivitása és induktív reaktanciája nagyobb, mint az utóbbié.
Ugyanazon feszültség mellett a tengely mentén és a felületen elhelyezkedő l hosszúságú elemi vezetékek végein az áramsűrűség az elsőben kisebb, mint a másodikban.
A v különbség az áramsűrűség a vezető tengelye és kerülete mentén növekszik a d vezető átmérőjének, az anyag γ vezetőképességének, az anyag μ mágneses permeabilitásának és az AC frekvenciának növekedésével.
Egy r vezető aktív ellenállásának az att ellenállásához viszonyított aránya. Az rО egyenáramot bőreffektus együtthatójának nevezzük, és ξ (xi) betűvel jelöljük, ezért a ξ együttható az 1. ábra grafikonjából határozható meg. 2. ábra, amely ξ d és √γμμое szorzattól való függését mutatja.
Rizs. 2. Ábra a bőrhatás együttható meghatározásához.
Ennek a szorzatnak a kiszámításakor d-t cm-ben, γ-t 1 / ohm-cm-ben, μo - v gn/cm-ben és f = Hz-ben kell kifejezni.
Egy példa. Meg kell határozni a bőreffektus együtthatóját az I am d= 11,3 mm (S = 100 mm2) átmérőjű rézvezetőhöz f = 150 Hz frekvencián.
Szép munka.
ábrán látható grafikon szerint. 2 azt találjuk, hogy ξ = 1,03
Az egyenlőtlen áramsűrűség egy vezetőben a szomszédos vezetőkben lévő áramok hatása miatt is előfordul. Ezt a jelenséget közelségi effektusnak nevezzük.
Figyelembe véve két párhuzamos vezetőben az azonos irányú áramok mágneses terét, könnyen kimutatható, hogy a különböző vezetőkhöz tartozó elemi vezetők, amelyek egymástól legtávolabb vannak, a legkisebb mágneses fluxussal kapcsolódnak, ezért a bennük lévő áramsűrűség a legmagasabb. Ha a párhuzamos vezetékekben az áramok különböző irányúak, akkor kimutatható, hogy a különböző vezetékekhez tartozó, egymáshoz legközelebb eső elemi vezetékekben nagy áramsűrűség figyelhető meg.