اقرأ في هذا المقال
- ما المقصود بتأثير سطح الموصل – Skin Effect؟
- لماذا يحدث تأثير سطح الموصل؟
- العوامل المؤثرة على تأثير سطح الموصل
ما المقصود بتأثير سطح الموصل – Skin Effect؟
يسمّى التوزيع غير المنتظم للتيار الكهربائي على سطح أو الطبقة الخارجية للموصل الحامل للتيار المتردد “بتأثير السطح”، بمعنى آخر، يكون تركيز الشحنة بالقرب من السطح مقارنةً بنواة الموصل، تزداد المقاومة الأومية للموصل بسبب تركيز التيار على سطح الموصل.
يزداد تأثير سطح الموصل مع زيادة التردد، عند التردد المنخفض، مثل (50) هرتز، هناك زيادة طفيفة في كثافة التيار بالقرب من سطح الموصل؛ ولكن عند الترددات العالية، مثل الترددات الراديوية، فإنّ التيارات كلها عمليًا تتدفق على سطح الموصل، إذا تمّ تمرير تيار مستمر “التردد = (0)” في موصل، يتم توزيع التيار بشكل موحد على المقطع العرضي للموصلات.
لماذا يحدث تأثير سطح الموصل؟
دعونا نفكر في أنّ الموصل يتكون من عدد من الأسطوانات متحدة المركز، عندما يتم تمرير التيار المتردد في موصل، يحفز التدفق المغناطيسي فيه، يكون التدفق المغناطيسي الذي يربط عنصرًا أسطوانيًا بالقرب من المركز أكبر من ذلك الذي يربط عنصرًا أسطوانيًا آخر بالقرب من سطح الموصل، هذا يرجع إلى حقيقة أنّ العنصر الأسطواني المركزي محاط بالتدفق الداخلي وكذلك الخارجي، بينما يحيط العنصر الأسطواني الخارجي بالتدفق الخارجي فقط.
يكون الحث الذاتي في العنصر الأسطواني الداخلي أكثر، وبالتالي، سيوفر تفاعلًا حثيًا أكبر من العنصر الأسطواني الخارجي، يعطي هذا الاختلاف في التفاعل الحثّي ميلًا للتيار للتركيز نحو سطح الموصل، تكون كثافة التيار القصوى عند سطح الموصل والحد الأدنى عند مركز الموصل، التأثير يعادل تقليل مساحة المقطع العرضي للموصل، وبالتالي تزداد المقاومة الفعّالة للموصل.
العوامل المؤثرة على تأثير سطح الموصل:
- التردد (Frequency): يزداد تأثير السطح مع زيادة التردد.
- قطر الموصل (Diameter): يزداد مع زيادة قطر الموصل.
- شكل الموصل (The shape of the conductor): يكون تأثير السطح أكثر في الموصل الصلب وأقل في الموصل المجدول لأنّ مساحة سطح الموصل الصلب تكون أكثر.
- نوع المادة (Type of material): يزداد تأثير السطح مع زيادة نفاذية المادة “النفاذية هي قدرة المادة على دعم تكوين المجال المغناطيسي“.
ملاحظات مهمة في تأثير سطح الموصل:
- يكون تأثير السطح ضئيلًا إذا كان التردد أقل من (50) هرتز وقطر الموصل أقل من (1) سم.
- في الموصلات المجدولة مثل: (ACSR)، “موصل الألمنيوم المقوى بالفولاذ”، يتدفق التيار في الغالب في الطبقة الخارجية المصنوعة من الألومنيوم، بينما لا يحمل الفولاذ بالقرب من المركز أي تيار ويعطي قوة شد عالية للموصل، مكّن تركيز التيار بالقرب من السطح من استخدام موصل (ACSR).
