Скин-эффект

Скин-эффект (поверхностный эффект) — эффект затухания электромагнитных волн по мере их проникновения в глубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток, при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.

Причины эффекта

Скин-эффект вызван возникновением вихревых токов в проводящей среде при распространении через неё электромагнитной волны. В результате этого в среде возникают потери энергии, что приводит к уменьшению напряжённостей электрического и магнитного полей и плотности тока, т. е. к затуханию волны.

Борьба с эффектом

С увеличением частоты переменного тока скин-эффект проявляется всё более явно, что заставляет учитывать его при конструировании и расчётах электрических схем, работающих на высоких и сверхвысоких частотах. Например, вместо обычных медных проводов могут применяться медные провода, покрытые тонким слоем серебра. Серебро обладает наибольшей проводимостью среди всех металлов, и тонкий его слой, в котором благодаря скин-эффекту и протекает бо́льшая часть тока, оказывает сильное влияние на общее сопротивление проводника. Несмотря на применение метода в аудиоаппаратуре, он очень спорный, так как частоты в аудиоаппаратуре существенно меньше тех, на которых этот эффект может проявиться, а удельные сопротивления меди и серебра отличаются менее чем на 5%.

В высокомощных генераторах переменного тока обмотка делается не из проводов, а из трубок, через которые пропускается жидкий водород для охлаждения.

Применение эффекта

На скин-эффекте основано действие взрывомагнитных генераторов (ВМГ), взрывомагнитных генераторов частоты (ВМГЧ) и в частности ударно-волновых излучателей (УВИ).

Глубина скин-слоя

Глубина слоя проводника, в котором напряженность электрического поля уменьшается в e раз (2,71828), называется глубиной скин-слоя. Зависимость глубины скин-слоя от частоты для медного проводника приведена в таблице.

частота	d
60 Гц	8,57 мм
10 кГц	0,66 мм
100 кГц	0,21 мм
1 МГц	66 мкм
10 МГц	21 мкм

Формула для расчёта глубины скин-слоя в металле (приближённая).

$d_{skin}=c{\sqrt {2{\frac {\epsilon _{0}}{\omega \mu _{m}}}\rho }}$

Здесь $\epsilon _{0}$ — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (8,85419E-12 Ф/м), $\rho$ — удельное сопротивление, c — скорость света, $\mu _{m}$ — относительная магнитная проницаемость (близка к единице для пара- и диамагнетиков — меди, серебра, и т.п.), $\omega =2\pi *f$. Все величины выражены в системе СИ.