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什麽是

發布日期:2012-02-17 00:00 來源: 點擊:

理想中電子在導體中以平均分布的方式傳導流通,集膚效應(圖右)則是電子集中在導體的近外膚位置上流通,使橫切面的核心部位呈現空泛狀態,進而使電流輸送量減少。

    集肤效应(又称趋肤效应)是指导体中有交流电或者交变电磁场时,导体内部的电流分布不均匀的一种现象。随着与导体表面的距离逐渐增加,导体内的电流密度呈指数递减,即导体内的电流会集中在导体的表面。从与电流方向垂直的横切面来看,导体的中心部分电流强度基本为零,即几乎没有电流流过,只在导体边缘的部分会有电流。简单而言就是电流集中在导体的“皮肤”部分,所以称为集肤效应。产生这种效应的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场,与原来的电流相抵消。 


簡介

    趋肤效应最早在贺拉斯?兰姆1883年的一份论文中提及,只限于球壳状的导体。1885年,奥利弗?赫维赛德将其推广到任何形状的导体。趋肤效应使得导体的电阻随着交流电的频率增加而增加,并导致导线传输电流时效率减低,耗费金属资源。在无线电频率的设计、微波线路和电力传输系统方面都要考虑到趋肤效应的影响。

一般來說,在給定的頻率下,使得導線對交流電的電阻增加百分之十的直徑大約是:以上的導線對交流電的電阻只對于孤立的導線成立。對于兩根鄰近的導線,交流電阻會受到鄰近效應的影響而顯著增大。


減緩趨膚效應的方法


    一种減緩趨膚效應的方法是采用所谓的利兹线(源自德语:Litzendraht,意为“编织起来的线”)。利兹线采用将多条金属导线相互缠绕的方法,使得电磁场能够比较均匀地分布,这样各导线上的电流分布就会较为平均。使用利兹线后,产生显著趋肤效应的频率可以从数千赫兹提高到数兆赫兹。利兹线一般应用在高频交流电的传输中,可以同时减缓趋肤效应和邻近效应。

高電壓大電流的架空電力線路通常使用鋼芯鋁絞線,這樣能使鋁質部分的工作部分溫度降低,減低電阻率,並且由于趨膚效應,電阻率較大的鋼芯上承載極少的電流,因而無關緊要。

還有將實心導線換成空心導線管,中間補上絕緣材料的方法,這樣可以減輕導線的重量。

在傳輸的頻率在甚高頻或微波級別時,一般會使用鍍銀(已知的除超導體外最好的導體)的導線,因爲這時趨膚深度如此之大,以至于更厚的銀層已經是浪費了。


其它應用

趨膚效應使得交變電流只通過導體的表面,因此電流只在其表面産生熱效應。鋼鐵工業中利用趨膚效應來爲鋼進行表面淬火,使鋼材表面的硬度增大。

    趋肤效应也可以描述为:导体中交变电磁场的强度随着进入导体的深度而呈指数递减,因此在防晒霜中混入导体微粒(一般是氧化锌和氧化钛),就能使阳光中的紫外线(高频电磁波)的强度减低。这便是物理防晒的原理之一。此外,趋肤效应也是电磁屏蔽的方法之一,利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而作成电磁屏蔽装置,这也是电梯里手机信号不好的原因。


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