Поверхностный эффект. Глубина проникновения d-поля в проводник

               11 ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЭФФЕКТ

             Глубина проникновения поля в проводник d на высоких частотах весьма мала по сравнению с размерами проводника и радиусом кривизны его поверхности. Поле внутри проводника приближенно представляет собой локально плоскую волну, распространяющуюся в глубь проводника в направлениях нормалей к его поверхности. Амплитуды этой волны весьма быстро затухают по экспоненциальному закону в направлении ее распространения, вследствие чего, поле существует лишь в тонком поверхностном слое , толщина которого равна нескольким «глубинам» проникновения d. Это явление называют сильно выраженным поверхностным эффектом (скин-эффектом).

             Если глубина проникновения d поля в проводник соизмерима с толщиной проводника, то поверхностный эффект является слабым и поле подчиняется более сложным законам. В этом случае есть еще отраженная волна от нижней границы проводника, идущая навстречу преломленной волне на верхней границе.

             Плотность тока проводимости  внутри проводника при поверхностном эффекте оказывается сконцентрированной у поверхности, что приводит к увеличению активного сопротивления проводника и уменьшению его внутренней индуктивности.

             В дальнейшем рассмотрим сильный поверхностный эффект. Ток проводимости занимает весьма малый объем проводника, поэтому удобно его заменить равным ему по величине эквивалентным поверхностным током, плотность которого равна:

                                       ,

откуда следует:

                                       ,

где - поверхностное сопротивление проводника, равное характеристическому сопротивлению волны в нем.

             Активное и реактивное поверхностное сопротивления  одинаковы и равны:

                                       .

             Приближенно плотность поверхностного тока определяется через касательную к границе напряженности магнитного поля:

                                       ,

             где - нормаль, направленная внутрь проводника.

             Плотность поверхностного тока определяется магнитной составляющей у границы проводника, численно равна ей и направлена под углом 90°.

             Сильный поверхностный эффект используют для создания металлических экранов, защищающих от ненужного воздействия внешних эл.м. полей приборы и устройства, а также от воздействия внутренних полей приборов СВЧ на внешнюю среду. В промышленности его используют для местного нагрева деталей машин при закаливании токами высокой частоты.