Efek permukaan dan efek kedekatan

Resistansi konduktor terhadap arus searah ditentukan oleh rumus terkenal ro =ρl / S.

Resistansi ini juga dapat ditentukan dengan mengetahui besarnya arus konstan IО dan daya PO:

ro = PO / AzO2

Ternyata dalam rangkaian arus bolak-balik, resistansi r dari konduktor yang sama lebih besar dari resistansi arus konstan: r> rО

Resistansi r ini berbeda dengan resistansi arus searah rO dan disebut resistansi aktif. Peningkatan resistansi kawat dijelaskan oleh fakta bahwa dengan arus bolak-balik, kerapatan arus tidak sama pada titik yang berbeda pada penampang kawat. Saya memiliki permukaan konduktor, kerapatan arus lebih tinggi daripada arus searah, dan pusatnya lebih kecil.

Pada frekuensi tinggi, ketidakteraturan tampak begitu tajam sehingga kerapatan arus dalam kemurnian pusat yang signifikan dari penampang konduktor praktis nol., arus hanya melewati lapisan permukaan, itulah sebabnya fenomena ini disebut efek permukaan.

Dengan demikian, efek permukaan mengarah pada pengurangan penampang konduktor yang melaluinya arus mengalir (penampang aktif), dan karenanya meningkatkan resistansi dibandingkan dengan resistansi arus searah.

Untuk menjelaskan penyebab efek permukaan, bayangkan sebuah konduktor silinder (Gbr. 1), yang terdiri dari sejumlah besar konduktor dasar dengan penampang yang sama, berdekatan satu sama lain dan disusun dalam lapisan konsentris.

Resistansi kabel ini terhadap arus searah, yang ditemukan dengan rumus ρl / S akan sama.

Beras. 1. Medan magnet konduktor berbentuk silinder.

Arus listrik bolak-balik menciptakan medan magnet bolak-balik di sekitar setiap kabel (Gbr. 1). Jelas, konduktor dasar yang terletak lebih dekat ke sumbu dikelilingi oleh konduktor permukaan fluks magnet yang besar, oleh karena itu yang pertama memiliki induktansi dan reaktansi induktif yang lebih tinggi daripada yang terakhir.

Pada tegangan yang sama di ujung kabel elementer dengan panjang l yang terletak di sepanjang sumbu dan di permukaan, kerapatan arus pada yang pertama lebih kecil dari pada yang kedua.

Selisih v kerapatan arus di sepanjang sumbu dan di sepanjang pinggiran konduktor meningkat dengan bertambahnya diameter konduktor d, konduktivitas material γ, permeabilitas magnetik material μ dan frekuensi AC.

Rasio resistansi aktif konduktor r terhadap resistansi di. arus searah rО disebut koefisien efek kulit dan dilambangkan dengan huruf ξ (xi), oleh karena itu koefisien ξ dapat ditentukan dari grafik pada gambar. 2, yang menunjukkan ketergantungan ξ pada produk d dan √γμμое.

Beras. 2. Bagan untuk menentukan koefisien efek kulit.

Saat menghitung produk ini, d harus dinyatakan dalam cm, γ — dalam 1 / ohm-cm, μo — v gn/ cm dan f = dalam Hz.

Sebuah contoh. Koefisien efek kulit perlu ditentukan karena I adalah konduktor tembaga dengan diameter d= 11,3 mm (S = 100 mm2) pada frekuensi f = 150 Hz.

Kerja bagus.

Menurut grafik pada gambar. 2 kami menemukan ξ = 1,03

Kepadatan arus yang tidak sama dalam suatu konduktor juga terjadi karena pengaruh arus pada konduktor tetangga. Fenomena ini disebut efek kedekatan.

Mempertimbangkan medan magnet arus dalam arah yang sama dalam dua konduktor paralel, mudah untuk menunjukkan bahwa konduktor dasar milik konduktor yang berbeda, yang terjauh satu sama lain, dihubungkan dengan fluks magnet terkecil, oleh karena itu kerapatan arus di dalamnya adalah yang tertinggi. Jika arus dalam kabel paralel memiliki arah yang berbeda, maka dapat ditunjukkan bahwa kerapatan arus yang tinggi diamati pada kabel elementer milik kabel berbeda yang paling dekat satu sama lain.