什么是集膚效應(yīng)?
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集膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng),當交變電流通過導體時,電流將集中在導體表面流過,這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。集膚效應(yīng)是電磁學,渦流學(渦旋電流)的術(shù)語。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,有了磁場就會產(chǎn)生切割磁力線的電流,這個電流就是所謂的渦旋電流,這個現(xiàn)象就是集膚效應(yīng)。
電流的集膚效應(yīng)
第一,電子在導體內(nèi)總是沿著阻力最小的路線流動。在導體表面及近表層的結(jié)構(gòu)元與導體表面基本平行,電子在其間換位流動阻力較小。而在導體內(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要受到五個方向的阻力,(而在表面只有三個方向的阻力)可見電子在導體表層附近運行的阻力要比在內(nèi)部小得多,這樣就導致了電流的集膚效應(yīng)。
其二,當電子在導線內(nèi)移動時,在其運動的垂直方向伴生著磁場,(右手定則)其它電子在磁場的作用下向逐步向周邊發(fā)散移動,于是移向了導線的表層附近,形成了電流的集膚效應(yīng)。
其三,當然還有溫度的影響:在導體內(nèi)部,電阻產(chǎn)生的熱不易散發(fā),溫度較高,價和電子運轉(zhuǎn)的速率高,線路不是很扁平,這樣就導致了電子通路相對窄小,電阻就高。在導體的表面,散熱快、溫度低,價和電子運轉(zhuǎn)的速率低,線路扁平,這樣就導致了電子通路相對寬大,而故導體表面電阻小,外來電子運行較快,這也是電流集膚的原因之一。 尖端放電當導體的某部分做得很細很尖時,尖端部分的表面積相對較大,換位移動到此的電子密度相對較大,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,于是就導致了尖端放電現(xiàn)象。
三、集膚效應(yīng)的應(yīng)用
導體中交變電磁場的強度隨著進入導體的深度而呈指數(shù)遞減,因此在防曬霜中混入導體微粒(一般是氧化鋅和氧化鈦),就能使陽光中的紫外線(高頻電磁波)的強度減低。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體而作成電磁遮罩裝置,這也是電梯中,手機收訊不好的原因。在工業(yè)應(yīng)用方面,利用趨膚效應(yīng)可以對金屬進行表面淬火。