Pinnaefekt: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Ümbersuunamine lehele Pinnaefekt
Epp (arutelu | kaastöö)
P Tühistati kasutaja Jaanus.kalde (arutelu) tehtud muudatused ja pöörduti tagasi viimasele muudatusele, mille tegi Kruusamägi.
1. rida:
[[Pilt:Skineffect reason.svg|thumb|140px|Vahelduvvooluga I kaasnevad magnetväli H ja pöörisvoolud I<sub>w</sub>]]
#suuna[[pinnaefekt]]
'''Skinnefekt''' (inglise k ''skin'' 'kest, pind') ehk pinnaefekt on [[füüsikaline nähtus]], mis seisneb [[elektrijuht]]i läbiva [[elektrivool]]u koondumises juhi pindmisse kihti. Seetõttu on juhtide takistus [[vahelduvvool]]u korral suurem kui [[alalisvool]]u korral.
 
Teatmeteostes kasutatakse skinnefekti sünonüümina ka terminit „pinnanähtus“, kuid tuleb arvestada, et füüsikalisi [[Pinnanähtused|pinnanähtus]]i on mitmesuguseid.
 
==Füüsikaline seletus==
Alalisvool tekitab juhi ristlõikes ühtlase magnetvälja ja vastavalt on ühesugune ka [[voolutihedus]] kogu ristlõike ulatuses. Seevastu vahelduvasuunalise voolu korral kutsub muutuv magnetväli juhi materjalis esile [[pöörisvool]]ud. Need on suunatud põhivoolule vastu, vähendades voolutihedust juhi kesktelje ümbruses. Teiste sõnadega indutseerib vahelduv magnetväli juhis vastuvoolu, mis tugevneb juhi kesktelje poole ja surub põhivoolu juhi ristlõike serva poole. Seega juhi efektiivne ristlõige ehk tegevristlõige väheneb, mis on toimelt samaväärne juhi [[näivtakistus]]e suurenemisega. Väga kõrgetel sagedustel juhib voolu üksnes juhi õhuke pindkiht.
[[Pilt:Skin depth.svg|thumb|100px|Ekvivalentse voolujuhtiva kihi paksus δ ja tegelik voolutiheduse vähenemine]]
==Arvutus==
Voolutihedus väheneb juhi ristlõikes välisservast keskkoha poole [[eksponentfunktsioon|eksponentsiaalselt]] (1/[[e]]). Ümarjuhtme puhul saab arvutada ekvivalentse väliskihi paksuse ''δ'', s.o juhtme ristlõike välisrõnga paksuse:
: <math>\delta\approx\sqrt{\frac{2\rho }{\omega\mu}},</math>
kus
:<math>\rho</math> on juhtmematerjali [[eritakistus]];
:<math>\omega=2{\pi}f</math> – [[nurksagedus]];
: <math>\mu=\mu_0 \mu_r</math> – juhi absoluutne [[magnetiline läbitavus]] ([[magnetiline konstant|magnetilise konstandi]] <math>\mu_0</math> ja suhtelise magnetilise läbitavuse <math>\mu_r</math> korrutis).
See valem annab seinapaksuse ''δ'' sellise ekvivalentse silindrilise (torukujulise) juhtme jaoks, millel on sama välisläbimõõdu juures niisama suur takistus alalisvoolu korral, kui vaadeldaval täisjuhtmel antud sagedusega vahelduvoolu korral.
 
Vaskjuhtme puhul sõltub ekvivalentse juhtiva kihi paksus ''δ'' sagedusest järgmiselt:
{| class="wikitable"
|Sagedus ''f''||50 Hz||1 kHz||10 kHz||100 kHz||1 MHz||10 MHz||100 MHz||1 GHz||10 GHz||100 GHz
|-
|Juhtiv kiht ''δ''||9,38 mm||2,10 mm||0,66 mm||0,21 mm||0,066 mm = 66 µm||21 µm||6,6 µm||2,1 µm||0,7 µm||0,2 µm
|}
 
[[Pilt:Skin depth by Zureks.png|thumb|250px|Ekvivalentse juhtiva kihi paksus ''δ'' eri materjalidel sõltuvalt sagedusest]]
==Skinnefekti mõju vähendamine==
Skinnefekti mõju ja seega takistust kõrgsagedusvoolule saab vähendada, kui suurendada sama ristlõikepinna juures juhi välispinda. Selleks valmistatakse ülikõrgsagedustel kasutatavad juhid toru- või ribakujulisena, või siis koostatakse juhe peenikestest isoleeritud traatidest. Rakendatakse ka vaskjuhi pinna hõbetamist ja kuldamist, et ära hoida vase [[oksüdatsioon|oksüdeerumist]]. Skinnefekti seisukohast on oluline ka juhi pinna siledus, sest sellest oleneb voolu teekonna pikkus juhi välispinnal.
 
Ülaltoodud valemi kohaselt on juhi ekvivalentne väliskiht seda õhem, mida suurem on materjali [[magnetiline läbitavus]]. Seepärast ilmneb pinnanähtus tugevalt terasjuhtides ja seda ka juba võrgusagedusel (50 Hz). Siiski kasutatakse terast elektriliini juhtmetes tema mehaanilise tugevuse pärast. Skinnefekti mõju vähendamiseks kaetakse terasjuhe näiteks vasekihiga.
 
==Välislingid==
* [http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_elektrotechnik_und_informationstechnik/ieeh/download_bereich/praktikaanleitungen/hochspannungsgeraete/G7.pdf Stromverdrängung in elektrischen Leitern]
 
[[Kategooria:Elektromagnetism]]