45.Скін-ефект

Скін-ефе́кт (від англ. skin — шкіра) — явище проникнення електромагнітного поля в провідник на певну глибину, яка називається скін-шаром. Водночас, скін-ефект призводить до протікання струму в провіднику в основному в області скін-шару, і, як наслідок, збільшення опору провідника. Тобто скін-ефект - це проходження змінного електричного струму високої частоти не через увесь переріз провідника, а переважно лише в поверхневому шарі.

Інша назва – поверхневий ефект.

Глибина скін-шару визначається формулою^[1]

де   — глибина скін-шару, с — швидкість світла,   — магнітна проникність речовини провідника,   — електропровідність,   — лінійна частота.

Густина струму в провіднику спадає від поверхні експоненційно:

де j — густина струму, а x — віддаль від поверхні.

За аналогічним законом спадають також напруженість електричного і магнітного полів електромагнітної хвилі.

Глибина скін-шару зменшується зі збільшенням частоти. Якщо при частоті 50 Гц глибина скін-шару в міді становить 0,7 см, то на частоті 0,5 МГц — 0,007 см.

Скін-ефект призводить до збільшення опору провідника високочастотному струму. Це збільшення стає помітним тоді, коли радіус провідника має однаковий порядок величини з глибиною скін-шару. При частоті 1 МГц опір мідного провідника з діаметром 2 мм збільшується майже в 7 разів, а отже збільшуються втрати на нагрівання провідника.

Наслідки скін-ефекту[ред. • ред. Код]

Скін-ефект призводить до нагрівання провідників у електронних пристроях, зокрема у мікропроцесорах, відтак накладає обмеження на підвищення, наприклад, тактової частоти, на якій працює комп'ютер.

46. Взаємна індукція

Явище взаємної індукції полягає в тому, що при зміні сили струму в одному контурі, його змінне магнітне поле збуджує індукційний струм в іншому (сусідньому) контурі.

Н ехай  в контурі К₁ (рис.11.9) існує струм І₁, то магнітний потік, створюваний ним, пронизує контур К₂, та здатний збуджувати ЕРС індукції. Тоді   , де L₂₁ − коефіцієнт взаємної індукції К₂ відносно К₁. Якщо б, навпаки існував струм в контурі К₂, то він би створював магнітний потік через перший контур:  , L₁₂ − коефіцієнт взаємної індукції К₁відносно К₂.

Припустимо, що в обох контурах існують струми, відповідно І₁ та І₂, при цьому контур К₁ − нерухомий, а контур К₂ − переміщується із нескінченності в задане положення. Це значить, що магнітний потік через цей контур змінюватиметься від 0 до Ф₁₂, а виконану роботу можна обрахувати, як  A₁=I₂∙Ф₁₂=L_21∙I₁∙I₂. Аналогічно, для переміщення К₁ відносно К₂, коли останній − нерухомий:  A₂=I₁∙Ф₂₁=L_12∙I₁∙I₂.

Так як в обох випадках виконана робота є мірою взаємної енергії контурів і ця енергія не залежить від способу одержання системи, то з рівності А₁=А₂  випливає, щоL₁₂=L₂₁=L, тобто, коефіцієнт взаємної індукції двох контурів чисельно дорівнює спільному потоку магнітної індукції, утворюваному одиничним струмом в одному із контурів.

Якби в К₁ змінювався І₁ , то в К₂ виникла б ЕРС індукції  . Тобто, бачимо, що коефіцієнт взаємної індукції двох контурів  чисельно дорівнює ЕРС індукції, яка виникає в одному із контурів, коли в другому контурі сила струму змінюється на одиницю за одиницю часу.

Явище взаємної індукції застосовується в трансформаторах. 47. Самоіндукція. Індуктивність

Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної силивпровідникупри змініелектричного струмув ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканніджерела живленняі спадання струму при розмиканніелектричного кола.

Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою

,

де  — е.р.с.,   — сила струму, L — індуктивність.

індуктивність, або статична індуктивність контура зі струмом. Вперше введена в обіг Олівером Хевісайдом. За одиницю індуктивності в системі СІ взята генрі. Вона дорівнює індуктивності такого контура, магнітний потік самоіндукції якого при струмі в 1 ампер, дорівнює 1  веберу.

Індукція взаємна, явище, в якому виявляється магнітний зв'язок двох (або більш) електричних ланцюгів. Завдяки цьому зв'язку виникає едс(електрорушійна сила) індукції в одному з контурів при зміні струму в іншому. Кількісною характеристикою магнітного зв'язку електричних ланцюгів є індуктивність взаємна . І. ст лежить в основі дії трансформаторів .