Скин-эффект (поверхностный эффект) — это явление, при котором переменный ток высокой частоты распределяется не равномерно по сечению проводника, а преимущественно в поверхностном слое. Этот эффект имеет важные последствия для проектирования электротехнических устройств.
Скин-эффект возникает из-за взаимодействия переменного магнитного поля с током в проводнике. При изменении тока создается переменное магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи (токи Фуко) внутри проводника. Эти токи направлены таким образом, что ослабляют ток в центре проводника и усиливают его у поверхности.
Глубина проникновения тока (скин-слой) — это расстояние от поверхности проводника, на котором плотность тока уменьшается в e раз (примерно в 2.718 раза). Она вычисляется по формуле: δ = √(ρ/(πμf)), где ρ — удельное сопротивление, μ — магнитная проницаемость, f — частота.
В электротехнике скин-эффект учитывают при проектировании:
Для уменьшения потерь, вызванных скин-эффектом, применяют:
При частоте 50 Гц в медном проводнике глубина скин-слоя составляет около 9 мм, а при 1 МГц — всего 0.07 мм. Это означает, что на высоких частотах центральная часть толстого проводника практически не используется для передачи тока.
В сверхпроводниках скин-эффект проявляется особенно сильно — ток течет только в очень тонком поверхностном слое (порядка 100 нм), что используется в сверхпроводящих резонаторах ускорителей частиц.