电荷的集肤效应?

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导线的趋肤效应也称集肤效应仅对高频电流起作用,对于工频50Hz交流电流产生的影响微乎其微,可以忽略不计,在此频率下,电流流过导线是全截面流通的。

因此,对于50Hz工频交流电流而言,电荷只在导线表面流动的命题不存在,把导线做成空心的更不能提高电流传输效率,要使所谓的空心导线达到普通导线的载流量,只能大大增加导线的表面积,得不偿失,在实际应用中也缺乏正确的科学理论支持。

如确定导线流过的电流为高频电流,那么可以使用相互绝缘的多股漆包铜绞线,以增加导线的表面积来满足高频电流的趋肤效应。

除此之外,对于高频电子电路中的导线也可以采用铜芯导线表面镀银的工艺来降低高频电流的传输损耗。


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不是所有的电流都只沿表面流动!

真流电流与工频交流电都是在整个导线的截面上流动的。也就是整根导线都参与导流。

当电源的频率升高后,比如达几十上百kHz后电流就开始沿表面流动了。这就是高频传输理论中论及的趋肤效应!

所以在长波,中波的无线电调谐电路中。为了提高回路的品质因数(Q值),只得采用若干根细导线(一般是0·03一0·07的多股漆包线)绞合在一起来制作这类线圈(如中波收音机的磁性天线)。

当频率升到MHz后,由于漆包线上的漆皮又增大了高频损耗和分布电容。所以在短波只得应用较粗的单根镀银导线来制作这类线圈(如收音机的短波线圈)。

频率或功率进一步提高后,上述的各类导线都无法应用了。就要采用你说到的铜管做线圈和导流电线了。比如超短波调频波段和电视发射机中,都是用空心管缧施线圈。而且都要披银处理!

所以你提到为什么不用铜管,实际是一直用着的。但我们用的低频交流电(市电)是无趋肤效应的,无需使用铜管而已。

下面举个高频用线的实用例子,供无线电爱好者参考。

如我们都爱玩的矿石收音机。如调谐线圈改用多股0.03×28丝包漆皮线来制作,接收的灵敏度,选择性会有很大提高。因为这样改进的线圈品值因数Q值会从50提高到150以上。

由于丝包漆皮线中的高频漆工艺质量现在有很大的改进,可以采用更多股如300一500的线来制作这个线圈,品值因数会提高到3百以上。那接收效果还会有所提高(特别是接收远地信号的能力)。但也不能肓目的,不加节制的加多股数了。因为再高级的多股漆包线,制成这类线圈,也是会增大分布电容而导至品质因数的下降,反而得不偿失。

能改进的途径就是采用冰箱中用的铜管最好再镀银,来间绕这调谐线圈。但成本与体积会很高很大。

这个线圈再配上披银真空可变电容器组成的矿石收音机。配上典型的中波接收天线,能收到几百公里外的中波电台。但这种矿石收音机要求极高的制作工艺与花费金钱。

但生活好了,钱对很多人说不是什么太大的问题。特别是家中有矿的,玩这种矿石收音机更没问题(大笑)!到是制作工艺,一般无线电爱好者是无法期及的!


我是安德烈


首先,确实有空心的导体。输变电工程中的管形母线,简称管母。主要是用于高压分流所用。使用于110千伏,220千伏和500千伏等特高压工程。可见,电压等级很高,输送的功率很大。

管母的断面

管母应用于变电站

第二,在输送功率时候,导体中有电流流过。有了电流,导体由于有电阻存在,便会发热,所以导线发热成为一个很大的问题。

普通居民用电电压380V和220V,电流比较小,一般也就40A,所以只需要十几个平方毫米的电线就足够。若采用空心的导线,一是加工困难,第二,强度不够,布线过程中有机械张拉,第三,空心的导线,有限面积过小,容易发热。

各种居民使用的低压导线

第三,电荷在表面的集肤效应使用

在输电线路工程中,架空线路就是利用集肤效应。在高压下,由于输送的功率一定,比如50MVA的容量,110kV的电压,电流只有几百安培。所以,可以使用小截面的架空导线。

这就是钢芯铝绞线,中间狠粗的是钢芯,并不用来传输电流,外面一圈的绞线是铝材,强度较低,但是电导率高,中间钢芯用于提高导线的张力,抵抗导线应力。

铝绞线利用集肤效应

当导体中有交流电或者交变电磁场时,导体内部的电流分布不均匀,电流集中在导体的“皮肤”部分,也就是说电流集中在导体外表的薄层,越靠近导体表面,电流密度越大,导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加,使它的损耗功率也增加。

蓝色的电荷集中在导体表面

集肤效应,就是导体截面上的电荷密度是不均匀的。

所以,钢芯铝绞线,实质也是一种空心的导体,只是他的空心用钢芯填充,用于受卡而已。


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