.
Электрическое
поле, в условиях квазистационарности при отсутствии стороннего тока , удовлетворяет уравнению
,
которое,
благодаря условию , принимает вид
. (9.21)
Это
уравнение совпадает с уравнением Бесселя для цилиндрических функций с нулевым
значком ():
.
Общее решение уравнения (9.21) можно взять в виде
.
Поле
должно быть ограниченным внутри цилиндра и
в частности при
. Этому условию не удовлетворяет
функция Неймана:
, значит
.
Константа
находится из граничного условия при
.
В результате получаем
.
Исследуем
две предельные ситуации: . Соответствующие
разложения для функции Бесселя имеют вид
при
, при
.
Запишем
коэффициент в виде
где
- глубина скин слоя. Условие
соответствует требованию
, т.е. радиус цилиндра должен быть много
меньше глубины скин – слоя. В этом случае
, это
соответствует приблизительно равномерному распределению поля и плотности тока
по сечению цилиндра.
Более
интересен случай ,
- при
этом должно быть:
и точка наблюдения не должна
приближаться к оси цилиндра. Приближенное представление поля
.
Используем представление
и получим
.
Таким
образом, при ,
поле и
плотность тока по абсолютной величине экспоненциально убывают при удалении
точки наблюдения от поверхности цилиндра вглубь проводника. При удалении на
глубину скин – слоя
поле уменьшается в
раз.
При
расчете толщины скин – слоя предполагалось, что закон Ома имеет вид , где
-
электропроводность при протекании постоянного тока. Такое приближение
справедливо только при условии, что поле однородно. Поле не должно изменяться
существенно на расстоянии порядка длины свободного пробега
электрона в металле. Это дает ограничение
на глубину скин слоя
.
В
случае поле резко неоднородно и наше рассмотрение
становится неприемлемым. В этом случае реализуется аномальный скин – эффект.
Выполнение условия
можно добиться за счет понижения
температуры (увеличивается длина свободного пробега), либо за счет увеличения
частоты поля (уменьшается глубина скин - слоя).
В случае проводника с некруговым сечением точный расчет скин – эффекта представляет значительно более сложную задачу. Требуется одновременное определение поля как внутри так и снаружи проводника. Лишь в предельном случае сильного скин – эффекта задача упрощается, поскольку поле вне проводника может быть определено отдельно используя идеализацию статики и бесконечной электропроводности проводника.
9.6.
Движение проводника в магнитном поле. Закон Ома для движущегося проводника.
Униполярная индукция.В предыдущем
рассмотрении «медленных» процессов использовался закон Ома без учета пространственной
и временной дисперсий в локальной форме . Мы уже
отмечали одно ограничение на использование такой формы: необходимость
достаточно медленного изменения полей. Существует еще одно ограничение:
неподвижность проводника относительно системы отсчета, в которой определено
электромагнитное поле.
Рассмотрим
ситуацию, когда проводник (или его отдельный участок) движется со скоростью относительно системы отсчета
, причем
, где
- скорость света в вакууме. Такая ситуация
называется нерелятивистской. В принципе допустима ситуация, когда
и возможно рассмотрение нелинейной
ситуации:
. Если перейти в систему отсчета
, в которой проводник покоится, то в этой
системе можно использовать закон Ома
. В разделе 12.
«Специальная теория относительности» будет показано, что имеет место
преобразование Лоренца, из которого следует
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.