Понятие о поверхностном эффекте

Постоянный ток I распределяется по поперечному сечению проводника равномерно, то есть имеет одинаковую плотность j во всех точках этого сечения (плотность тока j = I/S (А/мм²)). Сопротивление постоянному току [2]. Плотность переменного тока неодинакова: она возрастает от минимального значения на оси провода до максимального у его поверхности. Это равнозначно тому, что переменный ток течет не по всему сечению проводника S, а только по его части S ¢ < S. Поэтому сопротивление проводника переменному току (активное) оказывается больше, чем постоянному (r > R). Поверхностный эффект возникает вследствие различной индуктивности слоев проводника и проявляется только при переменном токе, когда надо учитывать неодинаковость индуктивных сопротивлений различных слоев проводника.

На рисунке 18 показана картина магнитного поля внутри и вокруг поперечного сечения круглого проводника с учетом того, что ток направлен от наблюдателя (+). Рассмотрим потокосцепление ψ двух нитей тока: в центре сечения 1 и вблизи поверхности 2, считая вначале ток постоянным с одинаковой плотностью по всему сечению.

Рис. 18

Будем считать, что все четыре силовые линии магнитного поля имеют одинаковое количественное наполнение. Очевидно потокосцепление первой нити тока в центре ψ ₁ = 4, а второе в периферийной части сечения ψ ₂ = 2, то есть соотношение потокосцеплений . Очевидно такое же соотношение будет у амплитуд синусоид э.д.с. самоиндукции (23) при протекании синусоидального тока и соответственно индуктивных сопротивлений . Поскольку ток всегда стремится протекать по путям наименьшего сопротивления (в данном случае индуктивного), то он вытесняется к наружным слоям проводника.

Поскольку индуктивное сопротивление прямо пропорционально зависит от частоты (x_L = 2 πƒL), то с повышением частоты тока ƒ поверхностный эффект усиливается, а это приводит к дальнейшему увеличению активного сопротивления.