這個問題很有意思,但是要理解清楚必須要有良好的電工基礎。在回答這個問題之前,我們先要了解一個概念----趨膚效應。
什麼是趨膚效應?
我們都知道電流大小是指在單位時間內通過單位面積的電荷量多少。如果由於某種原因導致電流在導體中分佈不平均,電流大量聚集在導電的表面上,越往導體中心電流越小。把這種現象稱為“趨膚效應”,也有人叫“集膚效應”。
趨膚效應產生原因?
趨膚效應產生的根本原因是因為電磁感應。
如上圖所示,這是一根導線,導線中的小圓表示電流。當導線通電以後,電流會順著這根導線流動,我們把電流路徑稱為“電流線”。為了便於理解,我暫時用兩根電流線來分析說明。
如上圖所示:假設導線電流是從左向右流動,那麼電流線I1和I2的方向都從左向右。那麼電流線I1產生的磁場方向是怎麼樣呢?
根據右手螺旋定則,電流線I1上方的磁場方向為垂直紙面向外(用圓點表示),下方的磁場方向為垂直紙面向裡(用叉表示)。
由於交流電流是一直變化的,所以它產生的磁場也是一直變化的。根據電磁感應,電流線I1產生的磁場會在I2導體上產生感應電動勢,這個感應電動勢會阻礙I2的電流變化。
越往導體中心電流線越密,它受到的磁場也就越強,所產生的感應電動勢也就越大,電流也就越小。
當電流變化越快、頻率越高時,所產生的感應電動勢也越多,所以趨膚效應在高頻電路中很明顯。如果電流一直不變,那麼就沒有感應電動勢的產生,也就不會有趨膚效應,所以趨膚效應只存在於交流電路。
趨膚效應有哪些應用呢?
1. 最常見的典範應用就是室外電視天線,室外電視天線接收的無線電波頻率很高,一般達幾百MHZ。這麼高頻率的電流信號,它的趨膚效應就非常明顯。為了降低材料成本、減輕重量、滿足趨膚效應,所以電視室外天線一般都是採用空心鋁管制作而成。
2. 我們常用的電力電纜線有單股線和多股線,但是信號傳輸電纜線都是採用多股,這是因為信號電流頻率一般都比較高,趨膚效應明顯,為了增加電線表面積、提高利電線用率,所以信號傳輸電纜線都是採用多股線。
注意:趨膚效應並不是說導體中心沒有電流。只是由於趨膚效應的作用,導體表面電流最多,越往導體中心電流越小。
一般來說在交流50HZ的頻率下,趨膚效應的穿透深度大約為6mm。當導線直徑大於12mm時,導體中心的電流幾乎為零。所以你可以觀察一下,低壓電櫃裡的矩形母線排(銅排)厚度都不超過10mm。
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