Każdy miłośnik elektrotechniki przynajmniej raz musiał usłyszeć o niezrozumiałej elektrycznej manifestacji zwanej efektem powierzchniowym lub „skórnym”. Tym z nich, którzy nadal nie wiedzą, co to jest, wyjaśnienia przedstawione w artykule pomogą im zapoznać się z tym zjawiskiem. Ponadto tutaj możesz dowiedzieć się, jak jest stosowany w praktyce.
Co to jest efekt skóry?
Najpierw należy zrozumieć, czym jest efekt powierzchniowy, który w literaturze technicznej definiuje się jako spadek amplitudy oscylacji e / m po wniknięciu do ośrodka przewodzącego. W tym przypadku poruszające się ładunki pod wpływem pola e / m z głębokości przewodnika są przemieszczane bliżej jego górnej warstwy. W rezultacie prąd staje się niejednorodny w swojej strukturze, co objawia się spadkiem gęstości ładunku w części centralnej względem obwodu.
Głębokość, na jaką wnikają ładunki, można określić za pomocą następującego wyrażenia:
Oznacza to, że określoną zależność można sformułować w następujący sposób: wraz ze wzrostem częstotliwości prądu przemiennego zmniejsza się głębokość jego wnikania w korpus przewodnika. Przy dwukrotnym wzroście częstotliwości wskaźnik ten zmniejszy się do pierwiastka kwadratowego z 2.
Cechy bieżącej dystrybucji
Aby jasno wyobrazić sobie, jak prąd rozkłada się w przekroju przewodnika, wystarczy przestudiować poniższe zdjęcie.
Wyraźnie widać z niego, że na pewnej głębokości bliżej środka drutu albo w ogóle nie ma prądu, albo jego wartość jest tak mała, że jest zaniedbywana.
Z tego wynika szereg ciekawych wniosków, a mianowicie:
- podczas wycinania z korpusu przewodnika jego środkowej części, przez którą prąd praktycznie nie płynie, warunki ruchu ładunków nie zmieniają się;
- jeśli drut miedziany zostanie wydrążony (bez rdzenia), jego właściwości przewodzenia prądu pozostaną takie same, a koszt znacznie się zmniejszy;
- wskaźnik przewodności pozostanie taki sam, zmieni się tylko jego indukcyjność i pojemność.
Z uzyskanych wyników wynika, że złożona rezystancja dowolnego przewodnika zależy nie tylko od materiału, z którego jest wykonany, ale także od częstotliwości przepływającego prądu. Przy dużych wartościach tego wskaźnika prawie wszystkie ładunki zaczną poruszać się wzdłuż powierzchni (zewnętrznej granicy) drutu, to znaczy będą miały bezpośredni kontakt ze środowiskiem zewnętrznym.
Nakładanie efektu skóry
Zależność mocy prądu w przewodzie od częstotliwości sygnału pozwala na przesyłanie przez jeden kabel wiadomości elektrycznych o różnej okresowości. W tym przypadku sygnały o wysokiej częstotliwości są przemieszczane w kierunku promienia zewnętrznego, a sygnały o niskiej częstotliwości płyną bliżej środka.
Zgodnie z tą zasadą systemy komunikacji o wysokiej częstotliwości są rozmieszczone i działają. W nich prąd o częstotliwości 50 Hz przepływa jednocześnie przez przewody zasilające i przez nie realizowana jest komunikacja telefoniczna między dwoma stronami (w szczególności obsługą i dyspozytorami). Ze względu na występowanie efektu naskórkowania rzadko stosuje się monolityczne druty o dużym przekroju (najczęściej są one skręcane).