什么是趨膚效應(yīng)？直流電流是怎樣分布的

01 什么是趨膚效應(yīng)

由于導(dǎo)體內(nèi)部的感抗對(duì)交流電的阻礙作用比表面更大，交流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí),各部分的電流密度不均勻,導(dǎo)體表面電流密度大（減少了截面積，增大了損耗）,這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。交流電的頻率越高,趨膚效應(yīng)越顯著,頻率高到一定程度,可以認(rèn)為電流完全從導(dǎo)體表面流過(guò)。

實(shí)際應(yīng)用：空心導(dǎo)線代替實(shí)心導(dǎo)線，節(jié)約材料；在高頻電路中使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編織成束來(lái)削弱趨膚效應(yīng)。

02直流電流的分布

在直流電路中，導(dǎo)線的全部橫截面積全部用來(lái)傳輸電流，電流均勻分布在整個(gè)橫截面的。

J0=I/s(其中J0為直流電流密度，I為直流電流的大小，s為導(dǎo)線的橫截面積)。對(duì)于一個(gè)半徑為a的圓柱形導(dǎo)體，其直流電阻RDC=L/πa2σ(其中L為圓柱形導(dǎo)體的長(zhǎng)度，a為圓柱形導(dǎo)體的半徑，σ為圓柱形導(dǎo)體的電導(dǎo)率)。

03 交流電流的分布

由于交變的帶電粒子流形成了一個(gè)交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)會(huì)激發(fā)一個(gè)電場(chǎng)（根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律），與此電場(chǎng)相伴的電流和初始電流的方向相反。對(duì)于圓形導(dǎo)線，這種效應(yīng)在導(dǎo)線的中心部位最強(qiáng)，造成中心部位的電阻增加，電流趨向于導(dǎo)體的表面。

其中z方向的電流密度Jz幅值可以近似可以用下列公式表示：

。

其中a為半徑，I為導(dǎo)體中的總電流，p2=-jωμσ，δ為趨膚深度。

δ滿足下列公式。

它表示的是電流密度作為頻率f、磁導(dǎo)率μ和電導(dǎo)率σ的函數(shù)在空間的衰弱。

在高頻條件下(f≧500MHz)的歸一化電阻和電抗可以表示如下：

R/RDC≈a/(2δ);

(ωL)/RDC≈a/(2δ)。

成立條件：δ≤a。

通常情況下，導(dǎo)體的相對(duì)磁導(dǎo)率等于1（μ=1），由于趨膚深度δ反比于頻率的平方根，所以在低頻時(shí)趨膚深度很大，而隨著頻率的提高則迅速減小。



審核編輯：劉清