電荷的集膚效應?

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導線的趨膚效應也稱集膚效應僅對高頻電流起作用,對於工頻50Hz交流電流產生的影響微乎其微,可以忽略不計,在此頻率下,電流流過導線是全截面流通的。

因此,對於50Hz工頻交流電流而言,電荷只在導線表面流動的命題不存在,把導線做成空心的更不能提高電流傳輸效率,要使所謂的空心導線達到普通導線的載流量,只能大大增加導線的表面積,得不償失,在實際應用中也缺乏正確的科學理論支持。

如確定導線流過的電流為高頻電流,那麼可以使用相互絕緣的多股漆包銅絞線,以增加導線的表面積來滿足高頻電流的趨膚效應。

除此之外,對於高頻電子電路中的導線也可以採用銅芯導線表面鍍銀的工藝來降低高頻電流的傳輸損耗。


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不是所有的電流都只沿表面流動!

真流電流與工頻交流電都是在整個導線的截面上流動的。也就是整根導線都參與導流。

當電源的頻率升高後,比如達幾十上百kHz後電流就開始沿表面流動了。這就是高頻傳輸理論中論及的趨膚效應!

所以在長波,中波的無線電調諧電路中。為了提高迴路的品質因數(Q值),只得採用若干根細導線(一般是0·03一0·07的多股漆包線)絞合在一起來製作這類線圈(如中波收音機的磁性天線)。

當頻率升到MHz後,由於漆包線上的漆皮又增大了高頻損耗和分佈電容。所以在短波只得應用較粗的單根鍍銀導線來製作這類線圈(如收音機的短波線圈)。

頻率或功率進一步提高後,上述的各類導線都無法應用了。就要採用你說到的銅管做線圈和導流電線了。比如超短波調頻波段和電視發射機中,都是用空心管縲施線圈。而且都要披銀處理!

所以你提到為什麼不用銅管,實際是一直用著的。但我們用的低頻交流電(市電)是無趨膚效應的,無需使用銅管而已。

下面舉個高頻用線的實用例子,供無線電愛好者參考。

如我們都愛玩的礦石收音機。如調諧線圈改用多股0.03×28絲包漆皮線來製作,接收的靈敏度,選擇性會有很大提高。因為這樣改進的線圈品值因數Q值會從50提高到150以上。

由於絲包漆皮線中的高頻漆工藝質量現在有很大的改進,可以採用更多股如300一500的線來製作這個線圈,品值因數會提高到3百以上。那接收效果還會有所提高(特別是接收遠地信號的能力)。但也不能肓目的,不加節制的加多股數了。因為再高級的多股漆包線,製成這類線圈,也是會增大分佈電容而導至品質因數的下降,反而得不償失。

能改進的途徑就是採用冰箱中用的銅管最好再鍍銀,來間繞這調諧線圈。但成本與體積會很高很大。

這個線圈再配上披銀真空可變電容器組成的礦石收音機。配上典型的中波接收天線,能收到幾百公里外的中波電臺。但這種礦石收音機要求極高的製作工藝與花費金錢。

但生活好了,錢對很多人說不是什麼太大的問題。特別是家中有礦的,玩這種礦石收音機更沒問題(大笑)!到是製作工藝,一般無線電愛好者是無法期及的!


我是安德烈


首先,確實有空心的導體。輸變電工程中的管形母線,簡稱管母。主要是用於高壓分流所用。使用於110千伏,220千伏和500千伏等特高壓工程。可見,電壓等級很高,輸送的功率很大。

管母的斷面

管母應用於變電站

第二,在輸送功率時候,導體中有電流流過。有了電流,導體由於有電阻存在,便會發熱,所以導線發熱成為一個很大的問題。

普通居民用電電壓380V和220V,電流比較小,一般也就40A,所以只需要十幾個平方毫米的電線就足夠。若採用空心的導線,一是加工困難,第二,強度不夠,佈線過程中有機械張拉,第三,空心的導線,有限面積過小,容易發熱。

各種居民使用的低壓導線

第三,電荷在表面的集膚效應使用

在輸電線路工程中,架空線路就是利用集膚效應。在高壓下,由於輸送的功率一定,比如50MVA的容量,110kV的電壓,電流只有幾百安培。所以,可以使用小截面的架空導線。

這就是鋼芯鋁絞線,中間狠粗的是鋼芯,並不用來傳輸電流,外面一圈的絞線是鋁材,強度較低,但是電導率高,中間鋼芯用於提高導線的張力,抵抗導線應力。

鋁絞線利用集膚效應

當導體中有交流電或者交變電磁場時,導體內部的電流分佈不均勻,電流集中在導體的“皮膚”部分,也就是說電流集中在導體外表的薄層,越靠近導體表面,電流密度越大,導體內部實際上電流較小。結果使導體的電阻增加,使它的損耗功率也增加。

藍色的電荷集中在導體表面

集膚效應,就是導體截面上的電荷密度是不均勻的。

所以,鋼芯鋁絞線,實質也是一種空心的導體,只是他的空心用鋼芯填充,用於受卡而已。


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