Hiệu ứng bề mặt dây dẫn | So sánh điện trở AC, DC

Khái quát chung hiệu ứng bề mặt

    Hiệu ứng bề mặt là xu hướng phân bố trên vật dẫn của dòng điện xoay chiều, sao cho mật độ dòng điện lớn nhất gần bề mặt và giảm dần khi đi sâu hơn vào lõi vật dẫn. Dòng điện chạy chủ yếu ở bề mặt dây dẫn, giữa bề mặt bên ngoài và mức nào đó gọi là độ sâu hiệu ứng. Hình 1:

do sau hieu ung be mat

Hình 1: Độ sâu hiệu ứng bề mặt

    Hiệu ứng bề mặt làm cho điện trở hiệu dụng của dây dẫn tăng lên ở các tần số cao hơn, nơi có độ sâu bề mặt nhỏ hơn, do đó, làm giảm tiết diện hiệu dụng của dây dẫn. Hình 2:

tan so dong dien va hieu ung be mat

Hình 2: Tần số và hiệu ứng bề mặt

    Điện trở của vật dẫn với toàn bộ tiết diện mà có dòng đi qua gọi là điện trở một chiều. Trong khi đó, điện trở xoay chiều của cùng vật dẫn cao hơn do hiệu ứng bề mặt. Như đã thấy, tần số cao dòng điện AC chủ yếu đi qua bề mặt dây dẫn. Do đó, ta có thể chế tạo vật dẫn điện mà rỗng bên trong.

Nguyên nhân hiệu ứng bề mặt

    Vật dẫn nói chung, dây dẫn nói riêng được sử dụng để truyền năng lượng điện hoặc tín hiệu sử dụng dòng xoay chiều đi qua nó. Dòng AC trong dây dẫn tạo ra từ trường biến thiên đi vào trong và xung quanh vật dẫn. Từ đó, sinh ra một điện trường  chống lại sự biến thiên của dòng điện. Điện trường ngược này được gọi là lực điện động ngược (EMF ngược). Nó lớn nhất ở trung tâm dây dẫn, buộc các e tự do đi ra bề mặt dây dẫn. Hình 3:

hieu ung be mat

Hình 3: Nguyên nhân hiệu ứng bề mặt

Ứng dụng hiệu ứng bề mặt

    Trong thu phát sóng radio (anten, đáng chú ý), người ta đã ứng dụng hiệu ứng bề mặt. Vì các dòng AC dao động ở tần số vô tuyến (RF) dù sao không đi qua giữa vật dẫn. Vậy tại sao, không sử dụng các thanh kim loại rỗng thay cho thanh đặc từ đó tiết kiệm trọng lượng và chi phí. Vì lý do này, hầu hết cấu trúc anten hay cáp vô tuyến được thiết kế rỗng trong.
    Hình dưới, bạn có thể thấy một số cuộn cảm lớn được sử dụng trong mạch truyền phát vô tuyến 50kW. Các cuộn cảm là các ống đồng rỗng được phủ bạc > tăng khả năng truyền dẫn bể mặt ống. Hình 4:

cuon cam vo tuyen

Hình 4: Ứng dụng hiệu ứng bề mặt trong vô tuyến
 

Bình luận của bạn

Đăng nhập để bình luận