2. Скин-эффект (Поверхностный эффект)
Скин-эффект — это явление вытеснения переменного тока к поверхности проводника. Плотность тока внутри проводника уменьшается по мере удаления от поверхности.
Причина: Собственное переменное магнитное поле, создаваемое переменным током, наводит внутри проводника вихревые токи (токи Фуко). Эти вихревые токи текут таким образом, что ослабляют суммарный ток во внутренних слоях проводника и усиливают его в поверхностных слоях (по правилу Ленца).
Глубина проникновения (скин-слой,
):
Характеристика, определяющая толщину
поверхностного слоя, в котором протекает
основная часть тока.Зависимость: Скин-эффект тем сильнее, чем выше частота переменного тока и чем выше электропроводность материала.
Последствия: Эффективное сечение проводника для переменного тока уменьшается, что приводит к увеличению его активного сопротивления и, соответственно, к большим потерям мощности при передаче высокочастотных токов.
Применение: В высокочастотной технике используют полые трубки или многожильные провода (литцендрат), где каждая жила изолирована.
3. Индуктивность Контура ( )
Индуктивность контура — это скалярная физическая величина, которая характеризует способность контура накапливать энергию магнитного поля и противодействовать изменению силы тока в нём.
Определение: Индуктивность численно равна отношению потокосцепления (
)
контура к силе тока (
),
который создаёт этот поток:
Потокосцепление ( ): Суммарный магнитный поток, пронизывающий все витки катушки:
.Единица измерения: Генри (
).
.Зависимость: Индуктивность зависит только от геометрических размеров контура (длины, площади, числа витков) и магнитной проницаемости среды (
)
внутри него.
Например, для длинного
соленоида:
.
4. Самоиндукция
Самоиндукция — это
явление возникновения ЭДС индукции
(
)
в самом контуре при изменении силы
тока (
)
в этом же контуре.
Механизм: Изменение тока приводит к изменению создаваемого им собственного магнитного потока (
),
а это изменение, по закону Фарадея,
наводит ЭДС:
ЭДС самоиндукции (для
):
Знак "минус" отражает правило Ленца: ЭДС самоиндукции всегда направлена так, чтобы препятствовать изменению вызвавшего её тока.
При увеличении тока (
),
направлена против тока.При уменьшении тока (
),
направлена по току.
Энергия магнитного поля (
):
Работа, совершаемая полем самоиндукции,
определяет энергию, запасённую в
магнитном поле индуктивности:
Вот конспект по процессам, происходящим в цепи при её замыкании и размыкании, с точки зрения самоиндукции:
33. Токи при Замыкании и Размыкании Электрической Цепи
Процессы, происходящие в цепи при замыкании и размыкании, называются переходными процессами. Они обусловлены явлением самоиндукции и возникают в цепях, содержащих индуктивность ( ), в момент резкого изменения силы тока.
Общее Уравнение Цепи (rl-цепь)
Рассмотрим цепь, состоящую
из источника постоянной ЭДС (
),
активного сопротивления (
)
и индуктивности (
).
При изменении тока в цепи возникает ЭДС самоиндукции ( ). По закону Ома для полной цепи:
Это дифференциальное уравнение описывает переходные процессы в цепи.