什么是集膚效應(yīng)?
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集膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng),當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),電流將集中在導(dǎo)體表面流過(guò),這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。集膚效應(yīng)是電磁學(xué),渦流學(xué)(渦旋電流)的術(shù)語(yǔ)。這種現(xiàn)象是由通電鐵磁性材料,靠近未通電的鐵磁性材料,在未通電的鐵磁性材料表面產(chǎn)生方向相反的磁場(chǎng),有了磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生切割磁力線的電流,這個(gè)電流就是所謂的渦旋電流,這個(gè)現(xiàn)象就是集膚效應(yīng)。
電流的集膚效應(yīng)
第一,電子在導(dǎo)體內(nèi)總是沿著阻力最小的路線流動(dòng)。在導(dǎo)體表面及近表層的結(jié)構(gòu)元與導(dǎo)體表面基本平行,電子在其間換位流動(dòng)阻力較小。而在導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)元呈上下、左右、前后空間排列,電子在其間定向流動(dòng)要受到五個(gè)方向的阻力,(而在表面只有三個(gè)方向的阻力)可見(jiàn)電子在導(dǎo)體表層附近運(yùn)行的阻力要比在內(nèi)部小得多,這樣就導(dǎo)致了電流的集膚效應(yīng)。
其二,當(dāng)電子在導(dǎo)線內(nèi)移動(dòng)時(shí),在其運(yùn)動(dòng)的垂直方向伴生著磁場(chǎng),(右手定則)其它電子在磁場(chǎng)的作用下向逐步向周邊發(fā)散移動(dòng),于是移向了導(dǎo)線的表層附近,形成了電流的集膚效應(yīng)。
其三,當(dāng)然還有溫度的影響:在導(dǎo)體內(nèi)部,電阻產(chǎn)生的熱不易散發(fā),溫度較高,價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)的速率高,線路不是很扁平,這樣就導(dǎo)致了電子通路相對(duì)窄小,電阻就高。在導(dǎo)體的表面,散熱快、溫度低,價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)的速率低,線路扁平,這樣就導(dǎo)致了電子通路相對(duì)寬大,而故導(dǎo)體表面電阻小,外來(lái)電子運(yùn)行較快,這也是電流集膚的原因之一。 尖端放電當(dāng)導(dǎo)體的某部分做得很細(xì)很尖時(shí),尖端部分的表面積相對(duì)較大,換位移動(dòng)到此的電子密度相對(duì)較大,在尖端部分甚至有些擁擠,有部分電子在擁擠中從尖端溢出,于是就導(dǎo)致了尖端放電現(xiàn)象。
三、集膚效應(yīng)的應(yīng)用
導(dǎo)體中交變電磁場(chǎng)的強(qiáng)度隨著進(jìn)入導(dǎo)體的深度而呈指數(shù)遞減,因此在防曬霜中混入導(dǎo)體微粒(一般是氧化鋅和氧化鈦),就能使陽(yáng)光中的紫外線(高頻電磁波)的強(qiáng)度減低。這便是物理防曬的原理之一。此外,趨膚效應(yīng)也是電磁遮罩的方法之一,利用趨膚效應(yīng)可以阻止高頻電磁波透入良導(dǎo)體而作成電磁遮罩裝置,這也是電梯中,手機(jī)收訊不好的原因。在工業(yè)應(yīng)用方面,利用趨膚效應(yīng)可以對(duì)金屬進(jìn)行表面淬火。