Скин эффект в проводнике: Что такое скин-эффект и где его используют на практике | Энергофиксик

Содержание

Что такое скин-эффект и где его используют на практике | Энергофиксик

Наверное, вы хоть раз слышали такое словосочетание как «скин-эффект». А вы знаете что это такое, если нет, то вы как раз по адресу. В этом материале я расскажу что это такое, а также где используется этот эффект на практике.

yandex.ru

yandex.ru

Что такое скин-эффект

Для начала давайте дадим определение этому эффекту. Итак, скин-эффект — это эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн в зависимости от степени их проникновения внутрь среды проводника. Немного заумно звучит, но сейчас объясню.

Итак, проще говоря, это такой эффект, в результате которого при протекании переменного тока электрические заряды под действием электромагнитных явлений внутри проводника вытесняются к его поверхности.

В результате этого процесса протекающий ток имеет неоднородную структуру, в центральной части проводника плотность зарядов ниже, чем на его периферии.

При этом глубину проникновения тока можно узнать по данному выражению:

yandex.ru

yandex.ru

Применив эту формулу можно узнать, что для медного проводника с частотой в 50 Герц глубина проникновения тока будет примерно равна 9,32 мм. А это значит, что если медный проводник будет сечением более 9,32 мм, то в его центральной части ток будет отсутствовать.

И здесь будет справедливо следующее утверждение: чем большее значение будет иметь частота, тем на меньшую глубину будет проникать ток. И если частота возрастет вдвое, то глубина проникновения снизится в корень квадратный из двух. Увеличение частоты в 10 раз приведет к уменьшению глубины проникновения в корень из 10 раз.

Как распределяется ток

yandex.ru

yandex.ru

Взглянув на вышеприведенное изображение, вы наглядно можете увидеть распределение тока в проводнике круглого сечения. За границами глубины проникновения движение тока либо отсутствует полностью, либо настолько мало, что им можно пренебречь.

И если центральную часть проводника, где нет протекания тока, просто напросто удалить, то у нас получится полый проводник и при этом проводящие характеристики останутся на прежнем уровне. Сопротивление будет такое же, единственное изменится индуктивная и емкостная составляющая проводника.

Получается, что сопротивление проводника в электрической цепи имеет зависимость не только от материала проводника, но и от того, какой частоты ток проходит по нему. И при значительных величинах частоты практически весь ток будет протекать по внешней границе проводника в зоне его контактирования с внешней средой.

Практическое применение скин-эффекта

Такая градация плотности тока в зависимости от его частоты позволяет по одному и тому же проводнику выполнять передачи электрических сигналов различных частот.

И высокочастотные сигналы передаются по внешнему радиусу проводника, а низкочастотные по внутреннему радиусу.

Например, по такому принципу реализована высокочастотная связь в ПАО «РОССЕТИ», где по высоковольтным проводам передается не только ток с частотой 50 Герц, но и осуществляется телефонная связь между дежурными на подстанциях и диспетчерами.

yandex.ru

yandex.ru

Так же, зная максимально возможную глубину проникновения тока в медный проводник, нет смысла делать монолитную жилу большего сечения. А если требуется проводник с большим сечением, то целесообразней применять многожильный провод.

Именно из-за скин-эффекта вы не найдете медный проводник с монолитной жилой сечением более 10 мм2.

Так же скин-эффект активно используется в индукционных плавильных печах, где за счет тока высокой частоты сконцентрированного на внешней оболочке проводника происходит разогрев и дальнейшее расплавление металла.

yandex.ru

yandex.ru

Это все, что я хотел вам рассказать о скин-эффекте и о том, как его используют на практике. Если статья оказалась вам полезна, то оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!

эффект — это… Что такое Скин-эффект?

Скин-эффект (поверхностный эффект) — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется неравномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.

Объяснение скин-эффекта

Физическая картина возникновения

Физическая картина возникновения скин-эффекта.

Рассмотрим цилиндрический проводник, по которому течёт ток. Вокруг проводника с током имеется магнитное поле, силовые линии которого являются концентрическими окружностями с центром на оси проводника. В результате увеличения силы тока возрастает индукция магнитного поля, а форма силовых линий при этом остаётся прежней. Поэтому в каждой точке внутри проводника производная направлена по касательной к линии индукции магнитного поля и, следовательно, линии также являются окружностями, совпадающими с линиями индукции магнитного поля. Изменяющееся магнитное поле по закону электромагнитной индукции

создаёт электрическое индукционное поле, силовые линии которого представляют замкнутые кривые вокруг линии индукции магнитного поля. Вектор напряжённости индукционного поля в более близких к оси проводника областях направлен противоположно вектору напряжённости электрического поля, создающего ток, а в более дальних — совпадает с ним. В результате плотность тока уменьшается в приосевых областях и увеличивается вблизи поверхности проводника, то есть возникает скин-эффект.

Уравнение, описывающее скин-эффект

Исходим из уравнения Максвелла,

и выражения для по закону Ома:

Дифференцируя обе части полученного уравнения по времени, находим:

.

Поскольку

и

окончательно получаем:

.
Скин-эффект в бесконечном проводнике с плоской границей.

Для упрощения решения предположим, что ток течёт по однородному бесконечному проводнику, занимающему полупространство y>0 вдоль оси X. Поверхностью проводника является плоскость Y=0. Таким образом,

,
.

Тогда

.

В этом уравнении все величины гармонически зависят от t, и можно положить:

.

Подставим это в наше уравнение и получим уравнение для :

.

Общее решение этого уравнения таково:

.

Учитывая, что , где , находим

.

При удалении от поверхности проводника () второе слагаемое неограниченно возрастает, что является физически недопустимой ситуацией. Следовательно, и в качестве физически приемлемого решения остаётся только первое слагаемое. Тогда решение задачии имеет вид:

.

Взяв действительную часть от этого выражения и перейдя с помощью соотношения к плотности тока, получим

.

Принимая во внимание, что  — амплитуда плотности тока на поверхности проводника, приходим к следующему распределению объёмной плотности тока в проводнике:

.

Толщина скин-слоя

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. При удалении от поверхности она убывает и на глубине становится меньше в е раз. Поэтому практически весь ток сосредоточен в слое толщиной . Она называется толщиной скин-слоя и на основании полученного выше равна

.

Очевидно, что при достаточно большой частоте толщина скин-слоя может быть очень малой. В качестве примера приведём зависимость глубины скин-слоя от частоты для медного проводника:

Частота
60 Гц 8,57 мм
10 кГц 0,66 мм
100 кГц 0,21 мм
1 МГц 66 мкм
10 МГц 21 мкм

Для расчёта толщины скин-слоя в металле (приближённо) можно использовать следующие эмпирические формулы:

.

Здесь = 8,85419·10−12 Ф/м — абсолютная диэлектрическая проницаемость,  — удельное сопротивление, c — скорость света,  — относительная магнитная проницаемость (близка к единице для пара- и диамагнетиков — меди, серебра, и т. п.), . Все величины выражены в системе СИ.

,

 — удельное сопротивление,  — относительная магнитная проницаемость,  — частота.

Аномальный скин-эффект

Изложенная теория справедлива лишь при условии, что толщина скин-слоя много больше средней длины свободного пробега электронов, так как мы предполагаем, что при своём движении электрон непрерывно теряет энергию на преодоление омического сопротивления проводника, в результате чего происходит выделение джоулевой теплоты. Такое соотношение справедливо в весьма широких пределах, однако при очень низкой температуре ситуация резко меняется: проводимость сильно повышается, а следовательно, увеличивается длина свободного пробега и уменьшается толщина скин-слоя. При этих условиях механизм, приводящий к образованию скин-эффекта, уже не действует. Эффективная толщина слоя, в котором сосредоточен ток, изменяется. Такое явление называется аномальным скин-эффектом.

Применение

На скин-эффекте основано действие взрывомагнитных генераторов (ВМГ), взрывомагнитных генераторов частоты (ВМГЧ) и в частности ударно-волновых излучателей (УВИ).

Благодаря скин-эффекту на высоких частотах теплота выделяется преимущественно в поверхностном слое. Это позволяет раскалить проводник в тонком поверхностном слое без существенного изменения температуры внутренних областей. Данное явление используется в важном, с промышленной точки зрения, методе поверхностной закалки металлов.

Борьба с эффектом

С увеличением частоты переменного тока скин-эффект проявляется всё более явно, что заставляет учитывать его при конструировании и расчётах электрических схем, работающих с переменным и импульсным током. Например, вместо обычных медных проводов могут применяться медные провода, покрытые тонким слоем серебра. Серебро обладает наибольшей удельной проводимостью среди всех металлов, и тонкий его слой, в котором благодаря скин-эффекту и протекает бо́льшая часть тока, оказывает сильное влияние на активное сопротивление проводника. Скин-эффект значительно влияет на характеристики колебательных контуров, такие как добротность. В связи с тем, что ток высокой частоты течёт по тонкому поверхностному слою проводника, активное сопротивление проводника значительно возрастает, что приводит к быстрому затуханию колебаний высокой частоты. Для борьбы со скин-эффектом применяют проводники различного сечения: плоские (в виде лент), трубчатые (полые внутри), наносят на поверхность проводника слой металла с более низким удельным сопротивлением. Так, в ВЧ аппаратуре используют посеребрённые медные контуры, в высоковольтных линиях электропередач применяют провод в медной либо алюминиевой оболочке со стальным сердечником, в высокомощных генераторах переменного тока обмотка изготавливается из трубок, через которые пропускается жидкий водород для охлаждения. Также с целью подавления скин-эффекта используют систему из нескольких переплетённых и изолированных проводов — литцендрат. Все указанные методы борьбы со скин-эффектом малоэффективны для сверхвысокочастотного оборудования. В этом случае применяют колебательные контуры особой формы: объёмные резонаторы и специфические линии передач — волноводы.

Литература

Эффективным системы на основе скин-эффект для промышленного обогрева трубопроводов большой длины

ThermTrac. Система обогрева с использованием скин-эффекта

Обогрев магистральных трубопроводов длинной до 25 километров.

Сердцем системы обогрева с использованием скин-эффекта является изолированный проводник «ThermTrac». Этот никелированный медный проводник индивидуально поставляемый нашей компанией с использованием фторополимерной диэлектрической изоляции и защитной оболочки для установок, работающих при средних и высоких температурах, а также для взрывоопасных зон трубопроводов. Проводники «ThermTrac» от компании «Онлайн Энерджи» с фторполимерной изоляцией обеспечивают наилучшие температурные характеристики, гибкость и прочность, необходимые для многих применений. В системах защиты от замерзания и поддержания низких температур могут быть использованы медные проводники с полиолефиновой изоляцией или луженые медные проводники «ThermTrac».

Эксплуатационные характеристики Thermtrac

Система «ThermTrac» удовлетворяет требованиям электрообогрева для длинных трубопроводов:

  • Высокая температура поддержания (до 200 °C) и воздействия (до 260 °C).
  • Высокая удельная мощность (до 165 Вт / м).
  • Большая длина (до 25 километров от одного электрического ввода).

Надёжность системы Thermrac

Обычно длинные трубопроводы размещены в местах с ограниченным доступом. Частое обслуживание и устранение неполадок является дорогостоящим и по времени, и по деньгам. Поскольку цепь «ThermTrac» может обогревать участок в шесть раз длиннее того, который может защищаться обычным резистивным нагревательным кабелем, распределение энергии и требования к управлению температурой существенно снижены.

Технические характеристики системы обогрева с использованием скин-эффекта

Варианты удельной мощности до 165 Вт / м
Напряжение питания до 33 кВ
Рабочее напряжение системы до 5 кВ
Максимальная поддерживаемая температура 200 °C
Максимальная температура непрерывного воздействия:

Фторополимерная изоляция

Полиолефиновая изоляция

260 °C

125 °C

Минимальная температура установки — 60 °C
Размеры проводника со скин-эффектом от 8 AWG до 1/0 AWG
Номинальные размеры трубок от 1/2’’ до 1-1/2’’
Температурный класс T2 — T6

Проектные решения

Инженеры компании вычисляют проектные параметры каждой установки с помощью программы проектирования теплообогрева «CompuTrace» и аналитических технологий теплового моделирования, включая расчет методом конечных элементов и вычислительную гидродинамику. Чтобы получить наилучшее решение для конкретного проекта, на основании различных проектных требований или ограничений рассматриваются многочисленные параметры.

Система обогрева ThermTrac

Система «ThermTrac», представленная на сайте «Онлайн Энерджи», идеально подходит для установок нагрева длинных трубопроводов, связанных с перемещением веществ между резервуарными парками, технологическими установками и оборудованием загрузки/выгрузки. Многосторонность системы делает ее идеальной для установок поддержания температуры, нагрева и защиты от замерзания. Поскольку система «ThermTrac» легко приспосабливается к над- и подземным условиям площадки, она может проходить по местности со значительным перепадом высот.

Исключая необходимость громоздкой системы распределения энергии, система «ThermTrac» обеспечивает рентабельную альтернативу традиционным резистивным системам теплообогрева длинных трубопроводов. Один электрический ввод позволяет обогревать трубопровод длиной до 25 километров.

Начиная со второй половины 1960-х годов, установки «ThermTrac» монтируются по всему миру на предприятиях различных отраслей промышленности, включая:

  • химическую.
  • нефтедобывающую.
  • энергетическую.
  • нефтехимическую.
  • газовую.
  • целлюлозно-бумажную.
  • сталелитейную.
  • горную.
  • нефтеперерабатывающую.

ThermTrac включает

В зависимости от специфики применения, мы индивидуально разрабатываем каждую систему обогрева «ThermTrac». План работ обычно включает:

1. Обзор проектных параметров установки и расчет тепловых требований с использованием (при необходимости) программы «CompuTrace» и теплового моделирования.

2. Выбор размера нагревательной трубки, проводника «ThermTrac» и вторичного напряжения, необходимых для подводки электроэнергии к системе.

3. Проектирование и поставка узла нагрузки/подстанции и панелей управления/контроля, включая датчики температуры.

4. Проектирование и поставка вспомогательного оборудования, состоящего из коробок холодного подключения, коробок подсоединения питания, коробок протяжки/соединения.

5. Предоставление чертежей с маршрутом трубки, расположением коробок, электромонтажных схем, схем подсоединения к коробкам холодного подключения, схем подключения трансформаторов, схем подключения панелей распределения энергии и контроля, а также инструкций по эксплуатации и обслуживанию для всей системы.

6. Предоставление спецификаций на трубку из углеродистой стали, муфты и прочие принадлежности, включая спецификации для установки, сварки и тестирования.

7. Поскольку комплект проектной документации, сопровождающий каждую систему «ThermTrac» является полным, многие покупатели выбирают установку “под ключ” систем со скин-эффектом. В наличии имеются многочисленные пакеты “под ключ”. Они варьируются от шеф-монтажа системы «ThermTrac» на месте до полной установки, включающей теплоизоляцию, силовую проводку, тестирование и ввод в эксплуатацию всей системы.

Описание системы обогрева

Принцип действия системы обогрева «ThermTrac» с поверхностным эффектом основывается на двух явлениях: эффекте близости и скин-эффекте. Нагревающим устройством является ферромагнитный трубопровод, называемый “нагревательной трубкой”, через которую протягивается специально разработанный проводник скин-эффект. На одном конце нагревательная трубка и изолированный проводник соединены между собой. На другом конце они соединены через источник переменного тока (обычно 50 или 60 Гц).

Приложенное напряжение переменного тока вызывает в проводнике генерацию тока, который возвращается по внутренней поверхности трубки. Концентрация обратного тока на внутренней поверхности трубки происходит благодаря магнитному потокосцеплению, создаваемому токами в изолированном проводнике и ферромагнитном трубопроводе. Этот ток проникает в трубку на расстояние, называемое “толщиной скин-слоя.” Благодаря описанному выше явлению, на внешней поверхности трубки измеримое напряжение фактически отсутствует, что позволяет заземлять трубопровод. Теплота, создаваемая в системе «ThermTrac», является результатом сопротивления внутренней поверхности нагревательной трубки. (В проводнике «ThermTrac» возникает неизбежный нагрев I2R, который является результатом протекания тока источника питания к устройству концевой заделки.) Пока электрический ток концентрируется на внутренней поверхности нагревательной трубки, создаваемое тепло будет рассеиваться на присоединенном обогреваемом трубопроводе, увеличивая температуру поверхности трубы и ее содержимого до требуемого уровня.

Коробки подсоединения питания, концевой заделки и протяжки/соединения

Это неотъемлемые части системы обогрева с использованием скин-эффекта, в которой они переносят ток так же, как и нагревательная трубка. Поэтому эти устройства изготавливаются из толстостенных ферромагнитных материалов и привариваются к нагревательной трубке для непрерывности электроцепи скин-эффекта. Конструкция коробок разрабатывается с учетом характеристик обогреваемого трубопровода и обеспечения водонепроницаемости с помощью закрепляемых на болтах крышек с уплотнением.

Коробка подсоединения питания. Расположенная на конце силового питания цепи «ThermTrac», коробка подсоединения питания позволяет осуществить ввод и вывод из трубки подключений, осуществляющих подачу электрической энергии. Коробка холодного подключения, расположенная между коробкой подсоединения питания и узлом нагрузки, обеспечивает доступ к месту концевой заделки проводника «ThermTrac» и питающей проводки.

Внешний лепесток на коробке позволяет выполнить заземление системы.

Коробка концевой заделки. Схема и конструкция коробки концевой заделки обеспечивают соединение проводника «ThermTrac» и нагревательной трубки, позволяя, таким образом, электрическому току возвращаться в коробку подсоединения питания по внутренней поверхности трубки. Внешний лепесток на коробке позволяет выполнить заземление системы.

Коробка протяжки-соединения. Расположенные периодически вдоль обогреваемого трубопровода, эти коробки обеспечивают доступ для установки проводника «ThermTrac». Размер коробки обеспечивает возможность растяжения/сжатия проводника, а разновидность коробок позволяет трубке пересекать обогреваемый трубопровод, если это необходимо, в точках подъема или изменения направления.

Узел нагрузки/подстанция и панели управления/контроля

Спроектированы для удовлетворения требований каждого конкретного проекта на основании используемого напряжения, требований к нагрузке, числа сетей и рабочей среды. Узел нагрузки/подстанция для системы «ThermTrac» обычно состоит из водонепроницаемого сухого трансформатора и снабжен первичными отпайками сверху/снизу и дополнительными отпайками на вторичной обмотке для регулирования энергии. Вакуумные пускатели, рубильники и прочие защитные устройства также являются частью узла нагрузки. Индивидуальные трансформаторы с жидким диэлектриком используются в соответствии с пожеланиями заказчика. Если существует несколько цепей скин-эффекта (с подачей питания из одной точки), для балансировки трехфазного питания, подаваемого на две цепи «ThermTrac», могут быть использованы трансформаторы, соединенные по схеме Скотта.

Панели управления и контроля для системы «ThermTrac» обычно включают управление и контроль температуры с аварийной сигнализацией по высокой и низкой температуре, предохранитель на дифференциальном токовом реле и контроль напряжения/тока. Управляющее и следящее оборудование содержится в водонепроницаемых кожухах (для наружного использования) или пыленепроницаемых кожухах (для использования в помещениях).

Оставьте заявку по электронной почте или заполните форму обратной связи.

Высокочастотные токи. Скин-эффект — интернет энциклопедия для студентов

Свойства быстропеременных токов

Токи, имеющие частоту выше 10 кГц- это токи высокой частоты. Условия квазистационарности для таких токов не осуществляются. За счет быстрого изменения магнитного поля появляются вихревые токи.

При изменении магнитного поля в проводнике вихревой ток с основным током имеет встречное направление по оси, а на поверхности, напротив, согласованное. Следовательно, токи высокой частоты обладают непостоянной плотностью относительно поперечного сечения провода, а в центре она равна практически нулю. Увеличение плотности тока происходит при приближении к внешней поверхности сечения. Токи, обладающие высокой частотой, протекают по тонкому внешнему слою проводника. На сегодняшний день такие токи нашли широкое применение.

С их помощью можно быстро разогревать металлические предметы в высокочастотной плавильной печи, осуществлять закалку стали. Для этого необходимо предмет разместить внутри катушки, где протекает высокочастотный ток. При этом поверхность детали будет нагреваться вихревыми токами, а внутренняя часть будет оставаться холодной. Затем она вынимается из катушки, происходит теплообмен, то есть внутренняя часть нагревается, а наружная поверхность охлаждается, закаливаясь.

С помощью выдержки времени объекта в катушке и регулированием частоты тока можно добиться изменения глубины разогрева.

После данных мероприятий внутренняя часть металла остается упругой и пластичной, а внешняя твердой и прочной.

Поверхностный эффект

Вдоль поперечного сечения постоянный ток распределен равномерно, а у переменного тока происходит перераспределение плотности тока за счет индукции.

Сосредоточение тока на поверхности слоя проводника называется скин- эффектом.

Допустим у нас протекает ток по цилиндрическому проводнику, вокруг которого появляется магнитное поле. Это поле имеет силовые линии, которые представляют собой концентрические окружности с центром на оси проводника. При повышении силы тока увеличивается индукция магнитного поля, однако, форма этих линий остается неизменна. Согласно этому, производная dB/dt расположена по касательной к линии индукции магнитного поля, линии этой производной также представляют собой окружности, совпадающие с силовыми линиями. Из закона электромагнитной индукции нам известно:

Вектор напряженности магнитного поля с вектором напряженности электрического поля имеют противоположное направление ближе к оси проводника, а ближе к периферии одинаковое. Из-за этого плотность тока увеличивается к наружному слою проводника, а к оси уменьшается, следовательно, наблюдается поверхностный эффект.

Магнитное поле проникает в проводник аналогично процессу диффузии в математическом отношении.

Примем за базу уравнение (1) и (2):

Закон Ома:

Правые части уравнений (2) и (3) приравняем и произведем дифференцирование полученных выражений, таким образом, будем иметь:

Или при учете формулы (1):

Будем использовать известные соотношения:

В результате получится:

При протекании тока через бесконечный однородный проводник, который занимает полупространство y>0 вдоль оси x, при этом поверхность проводника плоская, запишем:

Следовательно, уравнение (7) будет иметь вид:

Можно сделать предположение, что:

Подставим уравнение (11) в уравнение (10) имеем:

Решением выражения (12) будет функция:

где a=scrt(w*σ*m0*m/2). Взяв действительную часть уравнения (12) и перейдя к плотности тока при использовании закона Ома, имеем:

Если учесть, что амплитуда плотности тока j0=jx(0,0), тогда уравнение (14) примет вид:

Толщина скин-слоя

У наружного слоя проводника объемная плотность тока максимальна, а на промежутке d=1/a от периферии происходит уменьшение в e раз.4)=10.

Ответ: Толщина в 10 раз уменьшится.

Пример 2

Вопрос:

Почему при протекании высокочастотного тока в цилиндрической области проводника можно пренебречь проводящим материалом внутри него, а оставить только проводящую оболочку?

Решение:

Чем выше частота тока, тем заметнее уменьшается глубина слоя, в которой протекает ток. То есть ток распространяется около его наружного слоя (скин-эффект). Следовательно, не происходит изменений, если убрать проводящую часть внутри проводника, а оставить только оболочку его толщиной поверхностного слоя. Если ток обладает низкой частотой и протекает по толстому проводу, то глубина его протекания совсем немного уменьшается к оси проводника. При распространенной частоте 50 Гц скин-эффект менее заметно выражается.

Эффект кожи — Skin effect

Феномен электропроводности

«Глубина кожи» перенаправляется сюда. Для получения информации о глубине (слоях) биологической / органической кожи см. Кожа . Распределение тока в цилиндрическом проводнике, показанное в поперечном сечении. Для переменного тока плотность тока экспоненциально убывает от поверхности внутрь. Глубина скин-слоя, δ, определяется как глубина, на которой плотность тока составляет всего 1 / е (около 37%) от значения на поверхности; это зависит от частоты тока и электрических и магнитных свойств проводника.

Скин-эффект — это тенденция переменного электрического тока (AC) к распределению внутри проводника, так что плотность тока является наибольшей около поверхности проводника и экспоненциально уменьшается с увеличением глубины проводника. Электрический ток протекает в основном по «коже» проводника между внешней поверхностью и уровнем, называемым глубиной скин-слоя . Глубина кожи зависит от частоты переменного тока; по мере увеличения частоты электрический ток движется к поверхности, что приводит к уменьшению глубины скин-слоя. Скин-эффект уменьшает эффективное поперечное сечение проводника и, таким образом, увеличивает его эффективное сопротивление . Скин-эффект вызывается противодействующими вихревыми токами, вызванными изменяющимся магнитным полем, возникающим из-за переменного тока. При 60 Гц в меди глубина скин-слоя составляет около 8,5 мм. На высоких частотах глубина скин-слоя становится намного меньше.

Повышенное сопротивление переменному току, вызванное скин-эффектом, можно уменьшить, используя специально сплетенную литцевую проволоку . Поскольку внутри большого проводника проходит очень мало тока, можно использовать трубчатые проводники, такие как труба, для снижения веса и стоимости. Скин- эффект имеет практические последствия при анализе и проектировании радиочастотных и микроволновых цепей, линий передачи (или волноводов) и антенн. Это также важно на частотах сети (50–60 Гц) в системах передачи и распределения электроэнергии переменного тока . Это одна из причин, по которой для передачи электроэнергии на большие расстояния предпочтение отдается постоянному току высокого напряжения .

Эффект был впервые описан в статье Горация Лэмба в 1883 году для случая сферических проводников и был обобщен на проводники любой формы Оливером Хевисайдом в 1885 году.

Причина

Причина скин-эффекта. Ток I, протекающий по проводнику, индуцирует магнитное поле H. Если ток увеличивается, как на этом рисунке, результирующее увеличение H вызывает циркулирующие вихревые токи I W, которые частично нейтрализуют ток, протекающий в центре, и усиливают его около кожи.

Проводники, обычно в форме проводов, могут использоваться для передачи электрической энергии или сигналов с использованием переменного тока, протекающего через этот проводник. Носители заряда, составляющие этот ток, обычно электроны, приводятся в действие электрическим полем из-за источника электрической энергии. Ток в проводнике создает магнитное поле внутри и вокруг проводника. При изменении силы тока в проводнике изменяется и магнитное поле. Изменение магнитного поля, в свою очередь, создает электрическое поле, которое противодействует изменению силы тока. Это противоположное электрическое поле называется « противоэлектродвижущей силой » (противо-ЭДС). Обратная ЭДС наиболее сильна в центре проводника и вынуждает проводящие электроны выходить за пределы проводника, как показано на диаграмме справа.

Независимо от движущей силы, плотность тока оказывается наибольшей на поверхности проводника, а его величина уменьшается глубже в проводнике. Это снижение плотности тока известно как скин-эффект, а глубина скин-слоя является мерой глубины, на которой плотность тока падает до 1 / е от своего значения вблизи поверхности. Более 98% тока будет проходить в слое, в 4 раза превышающем толщину кожи от поверхности. Это поведение отличается от поведения постоянного тока, который обычно равномерно распределяется по поперечному сечению провода.

Переменный ток может также индуцироваться в проводнике из-за переменного магнитного поля в соответствии с законом индукции . Электромагнитные волны, падающие на проводнике будет, следовательно, как правило, дают такому ток; это объясняет отражение электромагнитных волн от металлов. Хотя термин «скин-эффект» чаще всего ассоциируется с приложениями, включающими передачу электрических токов, глубина скин-слоя также описывает экспоненциальное затухание электрического и магнитного полей, а также плотность индуцированных токов внутри объемного материала, когда плоскость волна падает на него при нормальном падении. {- {(1 + j) d / \ delta}}}

где называется глубиной скин-слоя . Таким образом, глубина скин-слоя определяется как глубина под поверхностью проводника, на которой плотность тока упала до 1 / е (около 0,37) Дж · с . Мнимая часть показателя степени показывает, что фаза плотности тока задерживается на 1 радиан для каждой глубины проникновения скин-слоя. Одна полная длина волны в проводнике требует 2π глубины скин-слоя, в этот момент плотность тока ослабляется до e −2π (1,87 × 10 -3, или -54,6 дБ) от его поверхностного значения. Длина волны в проводнике намного короче, чем длина волны в вакууме, или, что то же самое, фазовая скорость в проводнике намного меньше, чем скорость света в вакууме. Например, радиоволна с частотой 1 МГц имеет длину волны в вакууме λ 0 около 300 м, тогда как в меди длина волны уменьшается до примерно 0,5 мм с фазовой скоростью только примерно 500 м / с. Вследствие закона Снеллиуса и этой очень крошечной фазовой скорости в проводнике любая волна, попадающая в проводник, даже при скользящем падении, преломляется в основном в направлении, перпендикулярном поверхности проводника. {2}}} + \ rho \ omega \ varepsilon}}}

куда

ρ{\ displaystyle \ rho} = удельное сопротивление проводника
ω{\ displaystyle \ omega}= угловая частота тока =, где — частота.2πж{\ displaystyle 2 \ pi f}ж{\ displaystyle f}
μ{\ displaystyle \ mu}= проницаемость проводника,μр{\ displaystyle \ mu _ {r}}μ0{\ displaystyle \ mu _ {0}}
μр{\ displaystyle \ mu _ {r}}= относительная магнитная проницаемость проводника
μ0{\ displaystyle \ mu _ {0}}= проницаемость свободного пространства
ε{\ Displaystyle \ varepsilon}= диэлектрическая проницаемость проводника,εр{\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}ε0{\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}
εр{\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}= относительная диэлектрическая проницаемость проводника
ε0{\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}= диэлектрическая проницаемость свободного пространства

На частотах намного ниже количество внутри большого радикала близко к единице, и формула обычно имеет вид: 1/ρϵ{\ displaystyle 1 / \ rho \ epsilon}

δзнак равно2ρωμ{\ displaystyle \ delta = {\ sqrt {{2 \ rho} \ over {\ omega \ mu}}}}.

Эта формула действительна на частотах, далеких от сильных атомных или молекулярных резонансов (где была бы большая мнимая часть), и на частотах, которые намного ниже как плазменной частоты материала (зависящей от плотности свободных электронов в материале), так и обратной величины. среднее время между столкновениями с участием электронов проводимости. В хороших проводниках, таких как металлы, все эти условия обеспечиваются, по крайней мере, до микроволновых частот, что подтверждает справедливость этой формулы. Например, в случае меди это верно для частот намного ниже 10 18 Гц. ϵ{\ displaystyle \ epsilon}

Однако в очень плохих проводниках на достаточно высоких частотах множитель под большим радикалом увеличивается. На частотах, намного превышающих допустимые, можно показать, что глубина скин-слоя вместо того, чтобы продолжать уменьшаться, приближается к асимптотическому значению: 1/ρϵ{\ displaystyle 1 / \ rho \ epsilon}

δ≈2ρεμ{\ displaystyle \ delta \ приблизительно {2 \ rho} {\ sqrt {\ varepsilon \ over \ mu}}}

Это отклонение от обычной формулы применимо только к материалам с довольно низкой проводимостью и на частотах, где длина волны вакуума не намного больше самой глубины скин-слоя. Например, объемный кремний (нелегированный) является плохим проводником и имеет толщину скин-слоя около 40 метров на частоте 100 кГц (λ = 3000 м). Однако, поскольку частота увеличивается до мегагерцового диапазона, глубина его скин-слоя никогда не опускается ниже асимптотического значения 11 метров. Вывод состоит в том, что в плохих твердых проводниках, таких как нелегированный кремний, скин-эффект не нужно учитывать в большинстве практических ситуаций: любой ток равномерно распределяется по поперечному сечению материала независимо от его частоты.

Плотность тока в круглом проводнике

Когда глубина скин-слоя не мала по сравнению с радиусом провода, плотность тока можно описать с помощью функций Бесселя . Плотность тока внутри круглого провода вдали от влияния других полей как функция расстояния от оси определяется выражением:

Плотность тока в круглой проволоке для различной глубины скин-слоя. Цифры, показанные на каждой кривой, представляют собой отношение глубины скин-слоя к радиусу провода. Кривая со знаком бесконечности соответствует случаю нулевой частоты (DC). Все кривые нормированы так, чтобы плотность тока на поверхности была одинаковой. Горизонтальная ось — это положение внутри провода, при этом левый и правый крайние точки являются поверхностью провода. По вертикальной оси отложена относительная плотность тока.
Jрзнак равноkя2πрJ0(kр)J1(kр)знак равноJрJ0(kр)J0(kр){\ displaystyle \ mathbf {J} _ {r} = {\ frac {k \ mathbf {I}} {2 \ pi R}} {\ frac {J_ {0} (kr)} {J_ {1} (kR )}} = \ mathbf {J} _ {R} {\ frac {J_ {0} (kr)} {J_ {0} (kR)}}}

куда

ω{\ displaystyle \ quad \ omega}= угловая частота тока = 2π × частота
рзнак равно{\ displaystyle \ quad r =} расстояние от оси провода
рзнак равно{\ Displaystyle \ quad R =} радиус проволоки
Jрзнак равно{\ Displaystyle \ quad \ mathbf {J} _ {r} =}вектор плотности тока на расстоянии r от оси провода
Jрзнак равно{\ Displaystyle \ quad \ mathbf {J} _ {R} =} вектор плотности тока на поверхности провода
язнак равно{\ Displaystyle \ quad \ mathbf {I} =} полный вектор тока
J0знак равно{\ displaystyle \ quad J_ {0} =} Функция Бесселя первого рода порядка 0
J1знак равно{\ displaystyle \ quad J_ {1} =} Функция Бесселя первого рода, порядок 1
kзнак равно-jωμρзнак равно1-jδ{\ displaystyle \ quad к = {\ sqrt {\ frac {-j \ omega \ mu} {\ rho}}} = {\ frac {1-j} {\ delta}}}волновое число в проводнике
δзнак равно2ρωμ{\ displaystyle \ quad \ delta = {\ sqrt {\ frac {2 \ rho} {\ omega \ mu}}}} также называется глубиной кожи.
ρ{\ Displaystyle \ quad \ rho} = удельное сопротивление проводника
μр{\ displaystyle \ quad \ mu _ {r}}= относительная магнитная проницаемость проводника
μ0{\ displaystyle \ quad \ mu _ {0}}= проницаемость свободного пространства = 4π x 10 −7 Гн / м
μ{\ Displaystyle \ quad \ mu} знак равно μр{\ displaystyle \ mu _ {r}}μ0{\ displaystyle \ mu _ {0}}

Поскольку является комплексным, функции Бесселя также являются комплексными. Амплитуда и фаза плотности тока меняется с глубиной. k{\ displaystyle k}

Импеданс круглого провода

Внутреннее сопротивление на единицу длины отрезка круглой проволоки определяется по формуле:

Zяптзнак равноkρ2πрJ0(kр)J1(kр){\ displaystyle \ mathbf {Z} _ {int} = {\ frac {k \ rho} {2 \ pi R}} {\ frac {J_ {0} (kR)} {J_ {1} (kR)}} }.

Этот импеданс представляет собой сложную величину, соответствующую сопротивлению (действительному) последовательно с реактивным сопротивлением (мнимым) из-за внутренней самоиндукции провода на единицу длины.

Индуктивность

Часть индуктивности провода можно отнести к магнитному полю внутри самого провода, которое называется внутренней индуктивностью ; это учитывает индуктивное реактивное сопротивление (мнимую часть импеданса), определяемое приведенной выше формулой. В большинстве случаев это небольшая часть индуктивности провода, которая включает в себя эффект индукции от магнитных полей вне провода, создаваемых током в проводе. В отличие от этой внешней индуктивности, внутренняя индуктивность уменьшается за счет скин-эффекта, то есть на частотах, где глубина скин-слоя больше не велика по сравнению с размером проводника. Эта небольшая составляющая индуктивности приближается к значению (50 нГн / м для немагнитного провода) на низких частотах, независимо от радиуса провода. Его уменьшение с увеличением частоты, когда отношение глубины скин-слоя к радиусу провода становится ниже примерно 1, показано на прилагаемом графике и учитывает уменьшение индуктивности телефонного кабеля с увеличением частоты в таблице ниже . μ8π{\ displaystyle {\ frac {\ mu} {8 \ pi}}}

Зависимость внутренней составляющей индуктивности круглого провода от отношения глубины скин-слоя к радиусу. Эта составляющая собственной индуктивности уменьшается ниже μ / 8π, когда глубина скин-слоя становится небольшой (при увеличении частоты). Отношение сопротивления переменного тока к сопротивлению постоянному току круглого провода в зависимости от отношения радиуса провода к глубине скин-слоя. По мере того, как глубина скин-слоя становится небольшой по сравнению с радиусом, отношение сопротивления переменному току к постоянному току приближается к половине отношения радиуса к глубине скин-слоя.

Сопротивление

Однако наиболее важным эффектом скин-эффекта на импеданс одиночного провода является увеличение сопротивления провода и, как следствие, потери . Эффективное сопротивление из-за тока, удерживаемого около поверхности большого проводника (намного более толстого, чем δ ), может быть решено, как если бы ток протекал равномерно через слой толщиной δ на основе удельного сопротивления этого материала постоянному току. Эффективная площадь поперечного сечения приблизительно равна δ, умноженному на длину окружности проводника. Таким образом, длинный цилиндрический проводник, такие как провод, имеющий диаметр D велик по сравнению с б, имеет сопротивление приблизительно, что из полой трубы с толщиной стенки б проведения постоянного тока. Сопротивление переменного тока провода длиной L и удельным сопротивлением составляет: ρ{\ displaystyle \ rho}

р≈Lρπ(D-δ)δ≈LρπDδ{\ Displaystyle R \ приблизительно {{L \ rho} \ над {\ pi (D- \ delta) \ delta}} \ приблизительно {{L \ rho} \ over {\ pi D \ delta}}}

Предполагается последнее приближение, приведенное выше . D≫δ{\ displaystyle D \ gg \ delta}

Удобная формула (приписываемая Ф.Э. Терману ) для диаметра D W проволоки круглого сечения, сопротивление которой увеличивается на 10% при частоте f, выглядит следующим образом:

DWзнак равно200ммж/ЧАСz{\ displaystyle D _ {\ mathrm {W}} = {\ frac {200 ~ \ mathrm {mm}} {\ sqrt {f / \ mathrm {Hz}}}}}

Эта формула увеличения сопротивления переменному току верна только для изолированного провода. Для соседних проводов, например, в кабеле или катушке, на сопротивление переменному току также влияет эффект близости, который может вызвать дополнительное увеличение сопротивления переменному току.

Влияние материала на глубину скин-фактора

В хорошем проводнике глубина скин-слоя пропорциональна корню квадратному из удельного сопротивления. Это означает, что более качественные проводники имеют меньшую глубину скин-слоя. Общее сопротивление лучшего проводника остается ниже даже при меньшей толщине скин-слоя. Однако лучший проводник будет иметь более высокое соотношение между его сопротивлением переменному и постоянному току по сравнению с проводником с более высоким удельным сопротивлением. Например, при 60 Гц медный проводник площадью 2000 мкМ (1000 квадратных миллиметров) имеет на 23% большее сопротивление, чем при постоянном токе. Провод такого же размера из алюминия имеет только на 10% большее сопротивление при переменном токе 60 Гц, чем при постоянном токе.

Глубина скин-слоя также изменяется как корень, обратный квадратному из проницаемости проводника. В случае железа его проводимость составляет примерно 1/7 проводимости меди. Однако из-за ферромагнетизма его проницаемость примерно в 10 000 раз больше. Это уменьшает толщину скин-слоя для железа примерно до 1/38 от толщины меди, примерно 220 микрометров при 60 Гц. Таким образом, железная проволока бесполезна для линий электропередач переменного тока (за исключением добавления механической прочности, служащей сердечником для неферромагнитного проводника, такого как алюминий). Скин-эффект также снижает эффективную толщину пластин в силовых трансформаторах, увеличивая их потери.

Стальные прутки хорошо подходят для сварки на постоянном токе (DC), но их невозможно использовать на частотах намного выше 60 Гц. На частоте в несколько килогерц сварочный стержень будет раскаленным докрасна, поскольку ток будет протекать через значительно увеличенное сопротивление переменному току, вызванное скин-эффектом, с относительно небольшой мощностью, остающейся для самой дуги . Для высокочастотной сварки можно использовать только немагнитные стержни.

На частоте 1 мегагерц глубина скин-эффекта во влажной почве составляет около 5,0 м; в морской воде — около 0,25 м.

Смягчение

Тип кабеля, называемый litz wire (от немецкого Litzendraht, плетеный провод), используется для смягчения скин-эффекта на частотах от нескольких килогерц до одного мегагерца. Он состоит из ряда изолированных жил, сплетенных вместе по тщательно продуманному рисунку, так что общее магнитное поле действует одинаково на все провода и вызывает равное распределение общего тока между ними. Поскольку скин-эффект оказывает незначительное влияние на каждую из тонких жил, жгут не испытывает такого же увеличения сопротивления переменному току, как сплошной проводник той же площади поперечного сечения из-за скин-эффекта.

Литц-проволока часто используется в обмотках высокочастотных трансформаторов для повышения их эффективности за счет уменьшения скин-эффекта и эффекта близости . Силовые трансформаторы большой мощности намотаны многожильными проводниками, конструкция которых аналогична литцевым проводам, но с использованием большего поперечного сечения, соответствующего большей глубине скин-слоя на частотах сети. Проводящие нити, состоящие из углеродных нанотрубок, были продемонстрированы в качестве проводников для антенн от средних волн до микроволновых частот. В отличие от стандартных антенных проводников, нанотрубки намного меньше толщины скин-слоя, что позволяет полностью использовать поперечное сечение нити, что приводит к очень легкой антенне.

В высоковольтных и сильноточных воздушных линиях электропередачи часто используется алюминиевый кабель со стальным арматурным сердечником ; более высокое сопротивление стального сердечника не имеет значения, поскольку он расположен намного ниже глубины скин-слоя, где практически не протекает переменный ток.

В приложениях, где протекают большие токи (до тысяч ампер), сплошные проводники обычно заменяются трубками, полностью устраняя внутреннюю часть проводника, где протекает слабый ток. Это практически не влияет на сопротивление переменному току, но значительно снижает вес проводника. Высокая прочность при небольшом весе труб существенно увеличивает пролёт. Трубчатые проводники типичны для распределительных устройств электроэнергии, где расстояние между опорными изоляторами может составлять несколько метров. Длинные пролеты обычно имеют физический прогиб, но это не влияет на электрические характеристики. Чтобы избежать потерь, проводимость материала трубки должна быть высокой.

В ситуациях с большим током, когда проводники (круглые или плоские шины ) могут иметь толщину от 5 до 50 мм, скин-эффект также возникает на острых изгибах, когда металл сжимается внутри изгиба и растягивается за пределами изгиба. Более короткий путь на внутренней поверхности приводит к более низкому сопротивлению, что приводит к тому, что большая часть тока концентрируется вблизи внутренней поверхности изгиба. Это вызывает повышение температуры в этой области по сравнению с прямой (не изогнутой) областью того же проводника. Аналогичный скин-эффект возникает в углах прямоугольных проводников (если смотреть в поперечном сечении), где магнитное поле более сконцентрировано в углах, чем по бокам. Это приводит к превосходным характеристикам (т. Е. Более высокому току при меньшем повышении температуры) от широких тонких проводников (например, «ленточных» проводников), в которых эффективно устраняется влияние углов.

Отсюда следует, что трансформатор с круглым сердечником будет более эффективным, чем трансформатор аналогичного номинала с квадратным или прямоугольным сердечником из того же материала.

Твердые или трубчатые проводники могут быть серебро — гальваническое воспользоваться более высокой проводимостью Сильвера. Этот метод особенно используется на частотах от ОВЧ до СВЧ, где небольшая толщина скин-слоя требует только очень тонкого слоя серебра, что делает улучшение проводимости очень рентабельным. Серебряное покрытие аналогичным образом используется на поверхности волноводов, используемых для передачи микроволн. Это уменьшает затухание распространяющейся волны из-за резистивных потерь, влияющих на сопровождающие вихревые токи; скин-эффект ограничивает такие вихревые токи очень тонким поверхностным слоем волноводной структуры. Сам по себе скин-эффект в этих случаях фактически не борется, но распределение токов вблизи поверхности проводника делает использование драгоценных металлов (имеющих более низкое удельное сопротивление) практичным. Хотя он имеет более низкую проводимость, чем медь и серебро, золотое покрытие также используется, потому что, в отличие от меди и серебра, оно не подвержено коррозии. Тонкий окисленный слой меди или серебра будет иметь низкую проводимость, что приведет к большим потерям мощности, поскольку большая часть тока все еще будет проходить через этот слой.

Недавно было показано, что метод наслаивания немагнитных и ферромагнитных материалов толщиной в нанометровом масштабе снижает повышенное сопротивление скин-эффекта для приложений с очень высокой частотой. Рабочая теория заключается в том, что поведение ферромагнитных материалов на высоких частотах приводит к появлению полей и / или токов, противоположных тем, которые генерируются относительно немагнитными материалами, но для проверки точных механизмов требуется дополнительная работа. Как показали эксперименты, это может значительно повысить эффективность проводников, работающих на частотах в десятки ГГц и выше. Это имеет серьезные последствия для связи 5G .

Примеры

Зависимость глубины скин-слоя от частоты для некоторых материалов при комнатной температуре, красная вертикальная линия обозначает частоту 50 Гц:

Мы можем вывести практическую формулу глубины кожи следующим образом:

δзнак равно1αзнак равно2ρ(2πж)(μ0μр)знак равно1πжμσ≈503ρμрж≈5031μржσ{\ displaystyle \ delta = {\ frac {1} {\ alpha}} = {\ sqrt {{2 \ rho} \ over {(2 \ pi f) (\ mu _ {0} \ mu _ {r}) }}} = {\ frac {1} {\ sqrt {\ pi f \ mu \ sigma}}} \ приблизительно 503 \, {\ sqrt {\ frac {\ rho} {\ mu _ {r} f}}} \ приблизительно 503 \, {\ frac {1} {\ sqrt {\ mu _ {r} f \ sigma}}}}

куда

δзнак равно{\ displaystyle \ delta =} глубина кожи в метрах
αзнак равно{\ Displaystyle \ альфа =} затухание в Nпм{\ displaystyle {\ frac {Np} {m}}}
μ0знак равно{\ displaystyle \ mu _ {0} =} проницаемость свободного пространства
μрзнак равно{\ displaystyle \ mu _ {r} =}относительная проницаемость среды (для меди, =μр{\ displaystyle \ mu _ {r}}1,00 )
μзнак равно{\ displaystyle \ mu =} проницаемость среды
ρзнак равно{\ Displaystyle \ rho =}удельное сопротивление среды в Ом · м, также равное обратной величине ее проводимости: (для меди ρ =ρзнак равно1σ{\ displaystyle \ rho = {\ frac {1} {\ sigma}}}1,68 × 10 -8 Ом · м )
σзнак равно{\ Displaystyle \ sigma =} проводимость среды (для меди, σ≈{\ Displaystyle \ sigma \ приблизительно} 58,5 × 10 6 См / м )
жзнак равно{\ displaystyle f =} частота тока в Гц

Золото — хороший проводник с удельным сопротивлением2,44 × 10 -8 Ом · м и по существу немагнитен: 1, поэтому толщина его скин-слоя на частоте 50 Гц определяется выражением μрзнак равно{\ displaystyle \ mu _ {r} =}

δзнак равно5032,44⋅10-81⋅50знак равно11. {- 8}} {1 \ cdot 50}}} = 11.1 \, \ mathrm {mm}}

Свинец, напротив, является относительно плохим проводником (среди металлов) с удельным сопротивлением2,2 × 10 -7 Ом · м, что примерно в 9 раз больше, чем у золота. Глубина его скин-слоя при 50 Гц также составляет около 33 мм, или в несколько раз больше, чем у золота. 9знак равно3{\ displaystyle {\ sqrt {9}} = 3}

Сильно магнитные материалы имеют меньшую толщину скин-слоя из-за их большой проницаемости, как было указано выше для случая железа, несмотря на его более низкую проводимость. Практические последствия видны пользователям индукционных плит, где некоторые типы посуды из нержавеющей стали непригодны для использования, поскольку они не являются ферромагнитными. μр{\ displaystyle \ mu _ {r}}

На очень высоких частотах толщина скин-слоя для хороших проводников становится крошечной. Например, толщина скин-слоя некоторых распространенных металлов на частоте 10 ГГц (микроволновая область) меньше микрометра :

Глубина кожи на микроволновых частотах
Дирижер Глубина кожи ( мкм )
Алюминий 0,820
Медь 0,652
Золото 0,753
Серебряный 0,634

Таким образом, на микроволновых частотах большая часть тока протекает в очень тонкой области у поверхности. Следовательно, омические потери волноводов на микроволновых частотах зависят только от покрытия поверхности материала. Таким образом, слой серебра толщиной 3 мкм, напыленный на кусок стекла, является отличным проводником на таких частотах.

Видно, что в меди глубина скин-слоя уменьшается в соответствии с квадратным корнем из частоты:

Глубина кожи в меди
Частота Глубина кожи (мкм)
50 Гц 9220
60 Гц 8420
10 кГц 652
100 кГц 206
1 МГц 65,2
10 МГц 20,6
100 МГц 6.52
1 ГГц 2,06

В своей работе « Engineering Electromagnetics» Хейт указывает, что на электростанции шина для переменного тока с частотой 60 Гц с радиусом более одной трети дюйма (8 мм) является пустой тратой меди, а на практике шины для сильного переменного тока. редко бывают более полдюйма (12 мм), за исключением механических причин.

Снижение скин-эффекта внутренней индуктивности проводника

См. Схему ниже, на которой показаны внутренние и внешние проводники коаксиального кабеля. Поскольку скин-эффект вызывает протекание тока на высоких частотах в основном по поверхности проводника, можно видеть, что это уменьшает магнитное поле внутри провода, то есть ниже глубины, на которой протекает основная часть тока. Можно показать, что это незначительно повлияет на самоиндукцию самого провода; см. Скиллинг или Хейт для математической обработки этого явления.

Обратите внимание, что индуктивность, рассматриваемая в этом контексте, относится к неизолированному проводнику, а не к индуктивности катушки, используемой в качестве элемента схемы. В индуктивности катушки преобладает взаимная индуктивность между витками катушки, которая увеличивает ее индуктивность пропорционально квадрату количества витков. Однако, когда задействован только один провод, то в дополнение к «внешней индуктивности», связанной с магнитными полями за пределами провода (из-за общего тока в проводе), как показано в белой области рисунка ниже, существует также гораздо меньшая составляющая «внутренней индуктивности» из-за части магнитного поля внутри самого провода, зеленая область на рисунке B. Эта небольшая составляющая индуктивности уменьшается, когда ток концентрируется к поверхности проводника, есть, когда глубина скин-слоя не намного больше радиуса провода, что будет иметь место на более высоких частотах.

Для одиночной проволоки это уменьшение становится все менее значимым, поскольку проволока становится длиннее по сравнению со своим диаметром, и обычно им пренебрегают. Однако наличие второго проводника в случае линии передачи уменьшает степень внешнего магнитного поля (и общую самоиндукцию) независимо от длины провода, так что уменьшение индуктивности из-за скин-эффекта все еще может быть уменьшено. важный. Например, в случае телефонной витой пары, показанной ниже, индуктивность проводников существенно уменьшается на более высоких частотах, где становится важным скин-эффект. С другой стороны, когда внешняя составляющая индуктивности увеличивается из-за геометрии катушки (из-за взаимной индуктивности между витками), значение внутренней составляющей индуктивности еще больше принижается и игнорируется.

Индуктивность на длину коаксиального кабеля

Пусть размеры a, b и c будут радиусом внутреннего проводника, внутреннего радиуса экрана (внешнего проводника) и внешнего радиуса экрана соответственно, как показано в поперечном сечении рисунка A ниже.

Четыре стадии скин-эффекта в коаксиальном кабеле, показывающие влияние на индуктивность. На схемах показано поперечное сечение коаксиального кабеля. Цветовой код: черный = общая изолирующая оболочка, желтовато-коричневый = проводник, белый = диэлектрик, зеленый = ток на диаграмме, синий = ток, выходящий из диаграммы, пунктирные черные линии со стрелками = магнитный поток (B). Ширина пунктирных черных линий предназначена для показа относительной силы магнитного поля, интегрированного по окружности с этим радиусом. Четыре ступени, A, B, C и D : обесточены, низкая частота, средняя частота и высокая частота соответственно. Есть три области, которые могут содержать индуцированные магнитные поля: центральный проводник, диэлектрик и внешний проводник. На стадии B ток равномерно покрывает проводники, и во всех трех областях присутствует значительное магнитное поле. По мере увеличения частоты и возникновения скин-эффекта ( C и D ) магнитное поле в диэлектрической области не изменяется, поскольку оно пропорционально общему току, протекающему в центральном проводнике. В случае C, однако, имеется уменьшенное магнитное поле в более глубоких участках внутреннего проводника и внешних участках экрана (внешний проводник). Таким образом, при таком же общем токе в магнитном поле сохраняется меньше энергии, что соответствует уменьшенной индуктивности. На еще более высокой частоте D толщина скин-слоя мала: весь ток ограничивается поверхностью проводников. Единственное магнитное поле находится в областях между проводниками; остается только «внешняя индуктивность».

Для данного тока полная энергия, запасенная в магнитных полях, должна быть такой же, как вычисленная электрическая энергия, относящаяся к этому току, протекающему через индуктивность коаксиального кабеля; эта энергия пропорциональна измеренной индуктивности кабеля.

Магнитное поле внутри коаксиального кабеля можно разделить на три области, каждая из которых, таким образом, будет вносить вклад в электрическую индуктивность, видимую на отрезке кабеля.

Индуктивность связана с магнитным полем в области с радиусом, в области внутри центрального проводника. Lcen{\ Displaystyle L _ {\ текст {cen}} \,}р<а{\ Displaystyle г <а \,}

Индуктивность связана с магнитным полем в области между двумя проводниками (содержащими диэлектрик, возможно, воздух). Lдоб{\ Displaystyle L _ {\ текст {ext}} \,}а<р<б{\ Displaystyle а <г <Ь \,}

Индуктивность связана с магнитным полем в области внутри проводника экрана. Lшд{\ displaystyle L _ {\ text {shd}} \,}б<р<c{\ Displaystyle б <г <с \,}

Чистая электрическая индуктивность обусловлена ​​всеми тремя составляющими:

Lобщийзнак равноLcen+Lшд+Lдоб{\ displaystyle L _ {\ text {total}} = L _ {\ text {cen}} + L _ {\ text {shd}} + L _ {\ text {ext}} \,}

Lдоб{\ Displaystyle L _ {\ текст {ext}} \,}не изменяется из-за скин-эффекта и определяется часто цитируемой формулой для индуктивности L на длину D коаксиального кабеля:

L/Dзнак равноμ02πпер⁡(ба){\ displaystyle L / D = {\ frac {\ mu _ {0}} {2 \ pi}} \ ln \ left ({\ frac {b} {a}} \ right) \,}

На низких частотах все три индуктивности присутствуют полностью, так что . LОКРУГ КОЛУМБИЯзнак равноLcen+Lшд+Lдоб{\ displaystyle L _ {\ text {DC}} = L _ {\ text {cen}} + L _ {\ text {shd}} + L _ {\ text {ext}} \,}

На высоких частотах только диэлектрическая область имеет магнитный поток, так что . L∞знак равноLдоб{\ Displaystyle L _ {\ infty} = L _ {\ text {ext}} \,}

Большинство обсуждений коаксиальных линий передачи предполагает, что они будут использоваться для радиочастот, поэтому уравнения представлены, соответствующие только последнему случаю.

По мере увеличения скин-эффекта токи концентрируются около внешней стороны внутреннего проводника ( r = a ) и внутри экрана ( r = b ). Поскольку по существу нет тока глубже внутреннего проводника, под поверхностью внутреннего проводника нет магнитного поля. Поскольку ток во внутреннем проводнике уравновешивается противоположным током, протекающим внутри внешнего проводника, в самом внешнем проводнике не остается магнитного поля, где . Только увеличивает электрическую индуктивность на этих более высоких частотах. б<р<c{\ Displaystyle б <г <с \,}Lдоб{\ displaystyle L _ {\ text {ext}}}

Хотя геометрия отличается, витая пара, используемая в телефонных линиях, подвергается аналогичному воздействию: на более высоких частотах индуктивность уменьшается более чем на 20%, как видно из следующей таблицы.

Характеристики телефонного кабеля в зависимости от частоты

Типичные данные о параметрах для телефонного кабеля PIC калибра 24 при температуре 21 ° C (70 ° F).

Частота (Гц) R (Ом / км) L (мГн / км) G (мкСм / км) C (нФ / км)
1 172,24 0,6129 0,000 51,57
172,28 0,6125 0,072 51,57
10 тыс. 172,70 0,6099 0,531 51,57
100 тыс. 191,63 0,5807 3,327 51,57
1 млн 463,59 0,5062 29,111 51,57
2 млн 643,14 0,4862 53,205 51,57
5 млн 999,41 0,4675 118,074 51,57

Более подробные таблицы и таблицы для других датчиков, температур и типов доступны в Reeve. {b}}} \,}

Смотрите также

Примечания

использованная литература

  • Чен, Уолтер Ю. (2004), Основы домашних сетей, Prentice Hall, ISBN 978-0-13-016511-4
  • Хейт, Уильям (1981), Engineering Electromagnetics (4-е изд.), McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-027395-5
  • Хейт, Уильям Харт (2006), Engineering Electromagnetics (7-е изд.), Нью-Йорк: McGraw Hill, ISBN 978-0-07-310463-8
  • Нахин, Пол Дж. Оливер Хевисайд: Мудрец в одиночестве . Нью-Йорк: IEEE Press, 1988. ISBN 0-87942-238-6 .
  • Рамо, С., Дж. Р. Виннери и Т. Ван Дузер. Поля и волны в коммуникационной электронике . Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1965.
  • Рамо, Винни, Ван Дузер (1994). Поля и волны в коммуникационной электронике . Джон Уайли и сыновья.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Рив, Уитман Д. (1995), Справочник по сигнализации и передаче абонентских шлейфов, IEEE Press, ISBN 978-0-7803-0440-6
  • Скиллинг, Хью Х. (1951), Линии электропередачи, Макгроу-Хилл
  • Терман, FE (1943), Справочник радиоинженеров, Нью-Йорк: McGraw-Hill
  • Си Нан; Салливана, CR (2005), «Эквивалентная комплексная проницаемость модель для многожильных-проволочных обмоток», промышленность Применения конференция, 3 : 2229-2235, DOI : 10,1109 / IAS.2005.1518758, ISBN 978-0-7803-9208-3, ISSN 0197-2618, S2CID 114947614
  • Джордан, Эдвард Конрад (1968), Электромагнитные волны и излучающие системы, Прентис Холл, ISBN 978-0-13-249995-8
  • Вандер Ворст, Андре; Розен, Арье; Коцука, Ёдзи (2006), Взаимодействие радиочастот и микроволн с биологическими тканями, John Wiley and Sons, Inc., ISBN 978-0-471-73277-8
  • Попович, Зоя; Попович, Бранко (1999), Глава 20, Скин-эффект, Введение в электромагнетизм, Прентис-Холл, ISBN 978-0-201-32678-9

внешние ссылки

Обогрев протяженных трубопроводов до 25 км. Скин-эффект

скачать описание в pdf

 

Применение… 

Система обогрева ThermTrac обеспечивает рентабельную альтернативу традиционным резистивным системам теплообогрева длинных трубопроводах, исключая необходимость громоздкой системы распределения энергии. Один электрический ввод позволяет обогревать трубопровод длинной до 25 километров. Универсальность системы в том, что она идеально подходит для поддержания температуры, защиты от замерзания и разогрева. Система способна генерировать тепло в «нагревательной трубке» благодаря переменному току проходящему по внутренней поверхности нагревательной трубки. На наружной поверхности нагревательной трубки напряжение и ток отсутствует.

Сердцем системы обогрева с использованием скин- эффекта является изолированный проводник «Ther­mTrac». Этот проводник производится компанией Thermon индивидуально под конкретный проект с использованием диэлектрической изоляции и защитной оболочки соответствующих конкретному применению. В системах защиты от замерзания и поддержания низких температур могут быть использованы медные луженые проводники с тефлоновой изоляцией. Медные никелированные проводники с полиолефиновой изоляцией обеспечивают наилучшие температурные характеристики, гибкость и прочность, необходимые для многих высокотемпературных применений.

  

 Характеристики …

Варианты удельной мощности………………………………. до 165 Вт/м

Напряжение питания ……………………………………………… до 3.5 кВ

Максимальная температура подержания………………. 200°C

 Максимальная температура непрерывного воздействия:

Фторополимерная изоляция………………………………………..260°C

Полиолефиновая изоляция…………………………………………… 125°C

Минимальная температура установки……………………………. — 46°C

Размеры проводника ThermTrac………………….от 8 AWGдо 1 AWG

Номинальные размеры трубок……………………………. …….до 1-1/2″

Т-класс ……………………………………………………………. от Т6 до T2

  

Примечания.

1.Каждая система ThermTrac разрабатываается под конкретный проект. За детальной информацией обращайтесь в офис компании АВМ.

2.Классификация температур взрывоопасных зон определяется для каждой конкретной установки в соответствии с инструкциями и действующими методиками

 

 

 

 

Конструкция…

 

1 Никелированная медная скрученная

проволока 

2 Фторополимерная диэлектрическая

изоляция 

3 Фторополимерная защитная оболочка 

4 Стальная нагревательная трубка 

 

Типичная однолинейная схема…

 

 

Описание системы обогрева …


Принцип действия системы обогрева ThermTrac основывается на двух явлениях: эффекте близости и скин-эффекте. Нагревающим устройством является ферромагнитный трубопровод, называемый «нагревательной трубкой», через который протягивается специально разработанный проводник. На одном конце нагревательная трубка и изолированный проводник соединены между собой. На другом конце они подключены к источнику переменного тока. Приложенное напряжение переменного тока вызывает в проводнике генерацию тока, который возвращается по внутренней поверхности трубки. Концентрация обратного тока на внутренней поверхности трубки происходит благодаря магнитному потокосцеплению, создаваемому токами в изолированном проводнике и ферромагнитном трубопроводе. Благодаря описанному выше явлению, обратный ток направляется по внутренней поверхности трубки, а на внешней ее стороне напряжение отсутствует. Ток, проходящий через сопротивление внутреннего слоя трубки создает тепло.

Типичная система ThermTrac…

Коробки подвода питания, протяжки/соединения и концевой заделки являются неотъемлемыми частями системы обогрева с использованием скин-эффкта, в которой они переносят ток так же как и нагревательная трубка. Поэтому эти устройства изготавливаются из толстенных ферромагнитных материалов и привариваются к нагревательной трубке для непрерывности электроцепи системы скин-эффекта. Конструкция коробок разрабатывается с учетом характеристик обогреваемого трубопровода и обеспечения водонепроницаемости с помощью закрепляемых на болтах крышек с уплотнением.

1.Коробка вводная: Расположенная со стороны подачи силового питания цепи вводная коробка позволяет осуществить подвод питания и подключение нагревательной трубки. Внешний зажим на коробке позволяет выполнить заземление системы.

2.Коробка протяжки/соединения: Расположенные периодически вдоль обогреваемого трубопровода, эти коробки обеспечивают доступ для установки проводника ThermTrac. Размер коробки обеспечивает возможность температуурных растяжений/сжатий проводника, а разновидность коробок позволяет трубке пересекать обогреваемый трубопровод, если это необходимо, в точках подъема или изменения направления.

3.Коробка концевой заделки: Схема и конструкция коробки концевой заделки обеспечивают соединение проводника и нагревательной трубки, позволяя, таким образом, электрическому току возвращаться в коробку подсоединения питания по внутренней поверхности трубки. Внешний зажим на коробке позволяет выполнить заземление системы.

 

 

 

Скин-эффект

Определение «Скин-эффект» в Большой Советской Энциклопедии

Скин-эффект (от англ. skin — кожа, оболочка), поверхностный эффект, затухание электромагнитных волн по мере их проникновения в глубь проводящей среды, в результате которого, например, переменный ток по сечению проводника или переменный магнитный поток по сечению магнитопровода распределяются не равномерно, а преимущественно в поверхностном слое. Скин-эффект-э. обусловлен тем, что при распространении электромагнитной волны в проводящей среде возникают вихревые токи, в результате чего часть электромагнитной энергии преобразуется в теплоту. Это и приводит к уменьшению напряжённостей электрического и магнитного полей и плотности тока, т. е. к затуханию волны.

Чем выше частота n электромагнитного поля и больше магнитная проницаемость m проводника, тем сильнее (в соответствии с Максвелла уравнениями) вихревое электрическое поле, создаваемое переменным магнитным полем, а чем больше проводимость а проводника, тем больше плотность тока и рассеиваемая в единице объёма мощность (в соответствии с законами Ома и Джоуля — Ленца). Т. о., чем больше n, m и s, тем сильнее затухание, т. е. резче проявляется Скин-эффект-э.

В случае плоской синусоидальной волны, распространяющейся вдоль оси х в хорошо проводящей, однородной, линейной среде (токами смещения по сравнению с токами проводимости можно пренебречь), амплитуды напряжённостей электрического и магнитного полей затухают по экспоненциальному закону:
,
  где

— коэффициент затухания, m0магнитная постоянная. На глубине х = d = 1/a амплитуда волны уменьшается в е раз. Это расстояние называется глубиной проникновения или толщиной скин-слоя. Например, при частоте 50 гц в меди (s = 580 ксим/см; m = 1) s = 9,4 мм, в стали (a = 100 ксим/см, (m = 1000) d = 0,74 мм. При увеличении частоты до 0,5 Мгц d уменьшится в 100 раз. В идеальный проводник (с бесконечно большой проводимостью) электромагнитная волна вовсе не проникает, она полностью от него отражается. Чем меньше расстояние, которое проходит волна, по сравнению с d, тем слабее проявляется Скин-эффект-э.


Для проводников при сильно выраженном Скин-эффект-э., когда радиус кривизны сечения провода значительно больше d и поле в проводнике представляет собой плоскую волну, вводят понятие поверхностного сопротивления проводника Zs (поверхностного импеданса). Его определяют как отношение комплексной амплитуды падения напряжения на единицу длины проводника к комплексной амплитуде тока, протекающего через поперечное сечение скин-слоя единичной длины. Комплексное сопротивление на единицу длины проводника:

где R0 активное сопротивление проводника, определяющее мощность потерь в нём, X0 — индуктивное сопротивление, учитывающее индуктивность проводника, обусловленную магнитным потоком внутри проводника, lcпериметр поперечного сечения скин-слоя, w = 2pn; при этом R0 = X0. При сильно выраженном Скин-эффект-э. поверхностное сопротивление совпадает с волновым сопротивлением проводника и, следовательно, равно отношению напряжённости электрического поля к напряжённости магнитного поля на поверхности проводника.

В тех случаях, когда длина свободного пробега l носителей тока становится больше толщины d скин-слоя (например, в очень чистых металлах при низких температурах), при сравнительно высоких частотах Скин-эффект-э. приобретает ряд особенностей, благодаря которым он получил название аномального. Поскольку поле на длине свободного пробега электрона неоднородно, ток в данной точке зависит от значения электрического поля не только в этой точке, но и в её окрестности, имеющей размеры порядка l Поэтому при решении уравнений Максвелла вместо закона Ома приходится использовать для вычисления тока кинетическое уравнение Больцмана. Электроны при аномальном Скин-эффект-э. становятся неравноценными с точки зрения их вклада в электрический ток; при l >> d основной вклад вносят те из них, которые движутся в скин-слое параллельно поверхности металла или под очень небольшими углами к ней и проводят, т. о., больше времени в области сильного поля (эффективные электроны). Затухание электромагнитной волны в поверхностном слое по-прежнему имеет место, но количественные характеристики у аномального Скин-эффект-э. несколько иные. Поле в скин-слое затухает не экспоненциально (R0/X0= ).

В инфракрасной области частот электрон за период изменения поля может не успеть пройти расстояние l. При этом поле на пути электрона за период можно считать однородным. Это приводит опять к закону Ома, и Скин-эффект-э. снова становится нормальным. Т. о., на низких и очень высоких частотах Скин-эффект-э. всегда нормальный. В радиодиапазоне в зависимости от соотношений между / и d могут иметь место нормальный и аномальный Скин-эффект-э. Всё сказанное справедливо, пока частота со меньше плазменной: w < w0 »(4pne2/m)1/2 (n — концентрация свободных электронов, е — заряд, m — масса электрона) (относительно более высоких частот см. ст. Металлооптика).

  Скин-эффект-э. часто нежелателен. В проводах переменный ток при сильном Скин-эффект-э. протекает главным образом по поверхностному слою; при этом сечение провода не используется полностью, сопротивление провода и потери мощности в нём при данном токе возрастают. В ферромагнитных пластинах или лентах магнитопроводов трансформаторов, электрических машин и других устройств переменный магнитный поток при сильном Скин-эффект-э. проходит главным образом по их поверхностному слою; вследствие этого ухудшается использование сечения магнитопровода, возрастают намагничивающий ток и потери в стали. «Вредное» влияние Скин-эффект-э. ослабляют уменьшением толщины пластин или ленты, а при достаточно высоких частотах — применением магнитопроводов из магнитодиэлектриков.

  С др. стороны, Скин-эффект-э. находит применение в практике. На Скин-эффект-э. основано действие электромагнитных экранов. Так для защиты внешнего пространства от помех, создаваемых полем силового трансформатора, работающего на частоте 50 гц, применяют экран из сравнительно толстой ферромагнитной стали; для экранирования катушки индуктивности, работающей на высоких частотах, экраны делают из тонкого слоя Al. На Скин-эффект-э. основана высокочастотная поверхностная закалка стальных изделий (см. Индукционная нагревательная установка).

Лит.: Нетушил А. В., Поливанов К. М., Основы электротехники, т. 3, М., 1956; Поливанов К. М., Теоретические основы электротехники, ч. 3 — Теория электромагнитного поля, М., 1975; Нейман Л. Р., Поверхностный эффект в ферромагнитных телах, Л. — М., 1949. См. также лит. при ст. Металлы.
  И. Б. Негневицкий.


Статья про «Скин-эффект» в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 427 раз

Диффузионный скин-эффект и топологическая воронка тепла

Прямое асимметричное соединение

Чтобы интуитивно понять диффузионные системы с асимметричным сцеплением, мы можем начать с игрушечной модели с двойным кольцом, которая была экспериментально продемонстрирована недавно 36 . Как показано на рис. 2а, где два кольца вертикально соединены в направлении z через промежуточный слой.2}} + h_{12}\left( {T_1 — T_2} \right),} \end{массив}$$

(1)

где \(T_1\) (\(T_2\)) — температурное поле верхнего (нижнего) канала и \(D_1 = \frac{{\kappa _1}}{{\rho _1C_1}}\) (\ (D_2 = \frac{{\kappa _2}}{{\rho _2C_2}}\)) — коэффициент диффузии верхнего (нижнего) канала с \(\kappa _1\) (\(\kappa _2\)), \(\rho _1\) (\(\rho _2\)) и \(C_1\) (\(C_2\)) — теплопроводность, массовая плотность и теплоемкость. x — это положение вдоль канала. Скорость теплообмена верхнего (нижнего) канала равна \(h_{21} = \frac{{\kappa _i}}{{\rho _1C_1bd}}\) (\(h_{12} = \frac{{\ kappa _i}}{{\rho _2C_2bd}}\)), где \(\kappa _i\) — теплопроводность связующего слоя, b и d — толщины кольцевого канала.

Рис. 2: Модель асимметричной связи и диффузионный скин-эффект.

a , b Интенсивности и распределения температурных полей двух непосредственно связанных каналов в зависимости от фактора асимметрии a .Отметим, что при a  = 1 распределение температурного поля симметрично, на вставке показана 3D-модель при a  = 0,5. c Диффузионная модель сильной связи Су-Шриффера-Хегера (SSH) для открытых граничных условий (OBC) с асимметричной внутриячеечной связью \(i(h_1 \pm \delta )\) и симметричной межъячеечной связью \(ih_0\), \(iS_0\) — единая скорость распада на каждом участке. d Спектры в комплексной плоскости при параметрах связи \(h_1 = 0,\,1,45,\,2\) для OBC с \(h_0 = 1\) и \(\delta = 1.{я \ влево ( {\ бета х — \ омега _ {1,2} т} \ вправо)} + T_0 \) 36 . В решении \(A_{1,2}\) — амплитуда, β — постоянная распространения, \(\omega _{1,2}\) — комплексная частота, а \(T_0\) — эталонная температура, которая для простоты принимается равной нулю. Здесь мы используем температурный градиент и положение максимальной температуры, чтобы представить амплитуду и фазу волнообразного решения. Так как все кольцевые каналы имеют одинаковый размер, то константы распространения циркулирующей в них «тепловой волны» равны \(\beta = m\frac{{2{\uppi}}}{{2{\uppi}R }} = \frac{m}{R}\), где м — порядок мод, а R — радиус кольца.2D_2 + h_{12})\). В уравнении (2) гамильтониан диффузной системы мнимый, отличный от гамильтониана волновой системы (реальной), как показано на рис. 1а. Более того, при материальных параметрах \(\rho _1C_1 \ne \rho _2C_2\) кольцевая связь становится несимметричной с \(ih_{21} \ne ih_{12}\). Следует отметить, что главные диагональные элементы в уравнении (2) можно объединить в \(iS_0\), регулируя коэффициенты диффузии \(D_{1,2}\) вместе с \(h_{21,12}\), где \(ih_{21,12}\) заменены на \(ic_{21,12}\) на рис.2\). На рисунках 2a и 2b показаны поля температур асимметричной связи с различными и соответственно. Чтобы реализовать неэрмитову диффузионную модель Су-Шриффера-Хегера (SSH), мы можем соединить элементарные ячейки асимметричной связи с симметричными связями на рис. 2c 16 . Каждая элементарная ячейка состоит из подрешеток (A+B), где асимметричные связи внутри ячеек и симметричные связи между ячейками равны \(i\left( {h_1 \pm \delta } \right)\) и \(ih_0\) соответственно.{{{\dagger}}}\) — операторы создания сайтов A и B в l й период.2} ,$$

(5)

, где \(d_x = h_1 + h_0{{{{{{{\mathrm{cos}}}}}}}}}K\) и \(d_y = h_0{{{{{{{\mathrm{sin}} }}}}}}}К\). При комплексном спектре на нулевом уровне энергии а именно ., \(\omega _ \pm \left(K \right) — iS_0 = 0\), можно получить ЭП, при которых все собственные состояния вырождаются (знак ‘ ×’ на рис. 2d). Однако ВП, выведенные из случая ПВС (\(h_1 = 2,05\)) противоречат ОВС (\(h_1 = 1,45\)), что указывает на нарушение объемного граничного соответствия (можно найти комплексный спектр случая ПВС в дополнительном примечании 1) 16,20 .2} \большой| = 1.\) Соответствующие амплитуды собственных состояний для PBC и OBC в EP показаны на рис. 2e и рис. S2 (в дополнительном примечании 2). Здесь ВП также является точкой топологического фазового перехода, а топологическая фазовая диаграмма показана в разделе «Методы».

Эффект тепловой воронки

На рисунке 3a представлена ​​модель тепловой воронки с двумя зеркальными цепями SSH, соединяющимися на обозначенном интерфейсе. В нашем случае 5 периодов для левой цепочки и 1 период для правой цепочки.Толщины кольцевых каналов и прослоек b и d . Внутренний и внешний радиусы каждого канала равны \(R_1\) и \(R_2\) с \(R_1 \приблизительно R_2\). Определим постоянную распространения температурных полей как \(\beta = \frac{1}{{R_1}}\). Теплопроводности, массовые плотности и мощности тепловых метаматериалов для кольцевых каналов и прокладок связи равны \((\kappa _n,\,\rho _n,\,C_0)\) и \((\kappa _{in},\, \rho _0,\,C_0)\), где номер канала n указывает, что соответствующие параметры материала меняются.

Рис. 3: Модель теплового потока.

a Схема связанной кольцевой структуры для реализации, где красная пунктирная линия обозначает положение интерфейса, 5 периодов для левой цепи и 1 период для правой цепи. b Распределения теплопроводности (\(\kappa _i\)) и массовой плотности (\(\rho _n\)) тепловых метаматериалов для кольцевых каналов и связующих прослоек. c Эквивалентная модель сильной связи с асимметричными внутриклеточными связями \(\frac{{ih_0}}{a}\,{{{{{{{{\mathrm{and}}}}}}}}\, ih_0a\). d Гомогенизация скоростей затухания каналов \(iS_n\) при \(a = 0,4\), \(D_n\) — коэффициенты диффузии каналов. e Обобщенные бесщелевые блоховские полосы неэрмитовой модели Су-Шриффера-Хегера (SSH) при \(a = 0,4,\,1,\,4\), K — блоховский вектор и \(\omega\ ) — собственная частота.

Коэффициенты связи между каналами n и \(n + 1\) могут быть выражены в виде \(ih_{n,n + 1} = i\frac{{\kappa _{in}}}{{\rho _{n + 1}C_0bd}}\) и \(ih_{n + 1,n} = i\frac{{\kappa _{in}}}{{\rho _nC_0bd}}\) для прямого и обратного муфты соответственно.n\kappa_{i0},\,n = 1,2,3,4, \ldots ,$$

(8)

, что показано настройкой модели тепловой воронки на рис. 3b. Однако трудно найти природные материалы, удовлетворяющие этим параметрам градиента в реализации. В соответствии с теорией эффективной среды мы можем реализовать эффективные плотности каналов и эффективные теплопроводности связующих прослоек с композиционными метаматериалами. Таким образом, эффективные параметры материала могут быть удовлетворены путем изменения скорости легирования материалов с сильно контрастирующими свойствами (таких как медь и полидиметилсилоксан).Здесь асимметричными внутриячеечными связями являются \(\frac{{ih_0}}{a}\) и \(ih_0a\), с симметричной межъячеечной связью \(ih_0\), где \(h_0 = \frac{{\kappa _ {i0}}}{{\rho _0C_0bd}}\). Из полубесконечной модели на рис. 2c легко получить \(h_1 = \frac{1}{2}h_0\left( {\frac{1}{a} + a} \right),\,\ delta = \frac{1}{2}h_0\left( {\frac{1}{a} — a} \right).\) Однако это не может привести к эквивалентной модели сильной связи на рис. 3c, если коэффициент диффузии принимает вид \(D_n = \frac{{\kappa _0}}{{\rho _nC_0}}\) (ромбовидные точки на рис.2D_0 + \left( {a + \frac{1}{a} + 1} \right)h_0} \right)\) (круглые точки на рис. 3d), где \(D_0 = \frac{{\kappa _0}}{{\rho _0C_0}}\). Гамильтониан неэрмитовой модели SSH можно получить, заменив K на \(K + i {{{{{{{\mathrm{ln}}}}}}}}}a\), а собственные значения выводятся как \(\omega _ \pm \left( K \right) — iS_0 = \pm i2h_0{{{{{{{\mathrm{cos}}}}}}}}\frac{K}{2}\). Интересно обнаружить, что система работает точно в точке топологического перехода с полосой без щелей при любом значении a .{- 1}\). На рис. 4а, в показаны мнимые собственные значения \(- {{{{{{{\mathrm{Im}}}}}}}}\,\omega\) и собственные моды \(\left( {\left| { \phi _n} \right|} \right)\) в \(a = 1,\,0,4\). Результат показывает, что температурные градиенты всех собственных мод почти равномерно распределены в массиве каналов при a  =  1. В то время как при a  = 0,4 температурные поля будут локализоваться в интерфейсных каналах. Для экспериментов градиент температуры в канале можно измерить по разнице между максимальным и минимальным значениями температуры с помощью инфракрасной камеры.Нормированный стационарный градиент температуры в каждом канале соответствует собственной моде, решенной из гамильтониана. Поскольку теплоперенос по своей природе является диссипативным и обычно требуется много времени для перехода температурного поля в стационарное состояние, начальный температурный градиент следует задавать большим (например, 273 К для охлаждения холодной стороны и 320 К для горячей стороны). обогрев).

Рис. 4: Скорость затухания и собственные моды.

a Скорости распада \(( — {{{{{{\mathrm{Im}}}}}}}}\,\omega )\) при различных факторах асимметрии a .{-1}\). При случайном вводе стимуляции температурное поле естественным образом концентрируется в направлении центральных каналов, поскольку возбуждается и наблюдается собственная мода с наименьшей скоростью затухания. На рис. 5а смоделированные эволюции температурных полей хорошо согласуются с моделью сильной связи, поскольку нормированный температурный градиент каждого канала согласуется с теоретическим анализом. Однако для случая асимметричной связи при \(а = 0,4\) температурное поле стремится воронкообразно к расчетному интерфейсу в каналах 10 и 11 на рис.5б, независимо от начальных условий. Обратите внимание, что воронка тепла устойчива к дефектам с различной силой связи, количеством каналов и расположением интерфейса (анализ беспорядка можно найти в дополнительном примечании 3). Например, она показывает робастность при задании каналов 2 и 3 с асимметричным дефектом связи (\(a = 2,5\)) в модели, что отличается от случая в симметричных системах связи, где температурное поле локализуется на дефекте на рис. 5с и 5г. Эволюции поля температуры вдоль оси z также представлены на рис.5e и 5f, что подтверждает концепцию эффекта воронки тепла, схематически показанную на рис. 1b. Приведенные выше обсуждения основаны на бесщелевой системе с эквивалентными внутриячеечными и межячеечными связями. Не ограничивая общности, мы также исследуем диффузионную систему с щелями, в которой межъячеечная связь намного больше, чем асимметричная внутриячеечная связь. В этом случае температурное поле будет сосредоточено в канале 12, так как направления тепловых потоков инвертированных конструкций меняются на одинаковые (дополнительное примечание 4 и рис.С4).

Рис. 5: Эффект теплового воронка.

a , b Эволюция температурного поля во времени t для случайных стимуляций при симметричной связи ( a  = 1) и асимметричной связи ( a  = 0,4) соответственно. Синий цвет и сумеречный цвет указывают на минимальную температуру и максимальную температуру. c , d Эволюции температурного поля с введенным асимметричным дефектом связи между каналами 2 и 3 для случаев в ( a ), ( b ).2\)) для однородной стимуляции при a  = 1 и a  = 0,4, где доказана концепция воронки тепла на рис. 1b. Синий цвет и желтый цвет указывают на минимальную интенсивность температуры и максимальную интенсивность температуры соответственно. Красные пунктирные линии обозначают интерфейсы.

Фазовая диаграмма релаксорного сегнетоэлектрика (1

Фазовая диаграмма релаксорного сегнетоэлектрика (1 — x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O-3+xPbTiO(3): новый взгляд на нейтронографию скин-эффекта релаксорного порошка — отпечаток пальца — Исследователь Эдинбургского университета
  • Сортировать по
  • Масса
  • По алфавиту

Инженерия и материаловедение

  • Дифракция нейтронов на порошке 100%
  • Сегнетоэлектрические материалы 59%
  • Эффект кожи 57%
  • Фазовые диаграммы 57%
  • Химический анализ 29%
  • Кислородные вакансии 22%
  • Основное состояние 22%
  • Нейтронная дифракция 21%
  • Дифракционные картины 21%
  • Границы фаз 20%
  • Стехиометрия 20%
  • Кристальная структура 19%
  • Монокристаллы 17%
  • Кислород 12%
  • Воздуха 8%
  • Температура 5%

Химические соединения

  • Эффект кожи 80%
  • Нейтронная дифракция 46%
  • Фазовые диаграммы 40%
  • Напряжение 31%
  • Фазовый интерфейс 25%
  • молекулярный кислород 21%
  • Стехиометрия реакции 18%
  • Основное состояние 17%
  • Моноклиническая космическая группа 16%
  • Космическая группа 16%
  • Монокристаллическое твердое вещество 15%
  • Кристальная структура 11%

Физика и астрономия

  • фазовые диаграммы 34%
  • нейтроны 29%
  • дифракция 23%
  • кислород 17%
  • шлифовка 16%
  • предположение 14%
  • стехиометрия 14%
  • дифракция нейтронов 14%
  • дифракционные картины 12%
  • Кристальная структура 11%
  • основное состояние 9%
  • монокристаллы 9%
  • воздуха 8%

Понимание скин-эффекта и частоты


Студийная проводка обычно требует много времени, сложна и составляет значительную часть расходов на строительство новой студии.Аналоговые кабели чувствительны к радиопомехам и электромагнитным помехам, а также к проблемам с заземлением. Даже самые «чистые» установки не могут избежать емкостного сопротивления кабеля или «скин-эффекта», связанного с длинными кабелями, которые ухудшают характеристики сигнала.

И здесь есть проблема. Раньше, когда у меня было больше времени, я бы написал об этом письмо в редакцию. (Теперь я могу просто разместить это в своем блоге.) Все в этой цитате правда, кроме одного: ссылки на «скин-эффект».Этот необычный эффект на провода и кабели упоминался так много раз и многими людьми, что большинство читателей даже не знают, что это значит. Так что позвольте мне попробовать.

Скин-эффект возникает во всех проводах и кабелях (или в любом металлическом объекте, проводящем сигнал, например, в дорожке на печатной плате или антенне и т. д.). Когда «сигнал» представляет собой постоянный ток, он использует весь проводник, при этом в центре каждого провода течет тот же ток, что и на внешней стороне провода. Когда сигнал меняет частоту (т.е. теперь волна меняет направление) возникает очень странный эффект: сигнал начинает больше двигаться наружу от проводника, чем внутрь. Для звуковых частот, которые являются довольно низкими частотами в спектре, этот эффект настолько мал, что его едва ли можно измерить. В приведенной ниже таблице 1 показано, сколько проводников используется на частоте 20 кГц, что является почти самой высокой слышимой частотой, и сравнивается это с проводами различных размеров. (Если вам нужна актуальная формула скин-эффекта, напишите мне, и я вышлю ее вам.)

Таблица 1

Основание:
Глубина на частоте 20 кГц = 18.4 мил (0,0184 дюйма) радиус x 2 = 36,8 мил (0,0368 дюйма) диаметр

 
Количество проводников, используемых на частоте 20 кГц, в зависимости от размера проводника
Проводники Диаметр % проводника используется    
24 AWG 0,024 100% при 20 кГц    
22AWG 0.031 100% при 20 кГц    
12 AWG 0,093 75% при 20 кГц    
10 AWG 0,115 68% при 20 кГц

Вы заметите, что даже для самого большого размера провода разница между внутренней и внешней стороной проводника составляет несколько процентных пунктов.Обратите внимание, что это зависит от частоты, а не от длины кабеля, как указано в приведенной выше цитате. Вы можете очень четко увидеть этот эффект, если посмотрите на импеданс кабелей на низких частотах. На рис. 2 показан импеданс видеокабеля на 75 Ом от частоты 100 МГц (правое поле) до 10 Гц (левое поле). Вы увидите, что этот кабель на 75 Ом на самом деле составляет всего 75 Ом после 100 кГц и выше. Ниже этого оно намного выше, чем 75 Ом. Фактически, на частоте 10 Гц импеданс кабеля составляет около 4000 Ом.

Это высокочастотное значение (75 Ом) называется «характеристическим импедансом» кабеля и останется на уровне 75 Ом (или каким-либо другим значением, для которого оно было разработано) вплоть до гораздо более высоких частот. Если вы сравните формулу низких частот с формулой высоких частот, вы увидите одно огромное различие. R (сопротивление провода) является основным фактором на низких частотах. Но в формуле высокой частоты нет R, нет сопротивления. Что случилось с сопротивлением? И ответ — «скин-эффект». По мере того, как частоты становились все выше и выше, этот проводник используется все меньше и меньше, пока около 100 кГц сигнал не передается только через кожу.

Это одна из причин, по которой мы не можем изготовить аудиокабель с определенным импедансом. Это число будет применяться только к одной частоте. На другой частоте, выше или ниже, импеданс будет другим значением. Вот почему мы не указываем импеданс большинства аудиокабелей, а если и указываем, то этот импеданс измеряется на какой-то высокой частоте, например 1 МГц, и этот кабель может использоваться для каких-то не аудиоприложений. Но, возможно, вы думаете: «Если сопротивление провода не имеет значения, то почему маленький кабель не пройдет так же далеко, как большой кабель?» маленький провод.

Вот почему, когда мы делаем кабели для высоких частот, мы проводим много времени на поверхности провода. Это кожа. И на высоких частотах это единственное, что работает. Поэтому мы делаем много вещей (многие из которых являются «коммерческими секретами»), чтобы убедиться, что поверхность этого провода настолько идеальна, насколько это возможно. Наши цифровые видеокабели, например, проходят испытания на развертку и измеряются до 4,5 ГГц. Сигналы на этих самых высоких частотах используют только микродюймы внешней части проводника.Если бы у вас были только высокие частоты, вы могли бы использовать медную трубку в качестве проводника без дополнительных потерь по сравнению с одножильным проводником.

Вот почему наши широкополосные кабели чаще всего изготавливаются из стали, плакированной медью (в нашем каталоге они называются «CCS»). На стальной проволоке только тонкий слой меди. Это означает, что такой кабель будет работать только на высоких частотах. И это нормально, потому что телевизионные станции начинают работать на канале 2, который составляет 54 МГц, то есть в диапазоне скин-эффекта. (Цифровые каналы теперь начинаются еще выше).Но тот, кто использует этот кабель для низких частот, таких как аудио, или для передачи постоянного тока для питания спутниковой антенны, задастся вопросом, что не так с кабелем. Вся мощность постоянного тока будет проходить по стальному проводу, сопротивление которого в семь раз превышает сопротивление меди. Что вам нужно для аудио или питания постоянного тока, так это полностью медный проводник.

Наши цифровые видеокабели полностью медные, поэтому вы можете использовать их для аналогового или цифрового видео, аналогового или цифрового аудио, спутниковых антенн или практически любого сигнала на любой частоте от DC до 4.5 ГГц. Конечно, сталь с медным покрытием намного прочнее, чем голая медь, что спасло многих установщиков кабельного телевидения / широкополосного доступа, которые были менее чем осторожны при установке такого кабеля. Так что в следующий раз, когда продавец расскажет вам о «скин-эффекте» в кабеле динамика, вы знаете правду!

Что нового в Проводнике в Windows 11

Источник: Windows Central

Microsoft наконец выпустила обновленную версию File Explorer вместе с выпуском Windows 11.Приложение по-прежнему сохраняет тот же знакомый дизайн, что и устаревшая версия, но с новыми визуальными элементами и настройками, что делает его основным обновлением за многие годы.

Новый проводник основан на библиотеке пользовательского интерфейса Windows (WinUI), которая предоставляет новые стили и элементы управления для обновления визуальных эффектов и анимации приложений для Windows 11. В результате мы получаем файловый менеджер с чистым и упрощенным интерфейсом. интерфейс с новой панелью команд, новыми значками и множеством улучшений.

В этом руководстве по Windows 11 мы покажем вам все улучшения и настройки, доступные в новой версии Проводника.

Современный Проводник

В новом проводнике нет вкладок, но есть много изменений, включая новый современный интерфейс, значки, переработанное контекстное меню и множество других настроек.

В этой новой версии интерфейс имеет скин, который соответствует языку дизайна, который Microsoft продвигает в Windows 11, со скругленными углами и базовым слоем, в котором используется материал Mica, элемент, который позволяет фону просвечивать приложение, которое не влияет производительности или времени автономной работы и возвращается к сплошному цвету, когда приложение не находится в фокусе.И теперь меню и строка заголовка были объединены в один интерфейс заголовка.

File Explorer также отказывается от меню в стиле ленты в пользу новой панели команд с новыми значками, в том числе для «Вырезать», «Копировать», «Вставить», «Переименовать», «Поделиться» и «Удалить», которые, что достаточно интересно, больше не имеют меток. Это не должно быть проблемой для большинства пользователей, но некоторым людям может быть немного сложнее различать действие кнопки.

Источник: Windows Central

С левой стороны находится меню «Новый» , которое включает в себя параметры для создания новой папки, ярлыка или документа.В результате этой реализации вы больше не найдете возможность создать новую папку на панели команд, но у вас по-прежнему есть два варианта, в том числе с помощью меню «Создать» или сочетания клавиш «Ctrl + Shift + N».

Источник: Windows Central

Поскольку ленты с вкладками больше нет, диспетчер файлов использует три новых раскрывающихся меню, в том числе «Параметры сортировки и группировки», «Параметры макета и просмотра» и «Дополнительно», чтобы разместить оставшиеся параметры.

Меню Sort (параметры сортировки и группировки) включает параметры для сортировки содержимого по имени, дате изменения, типу и т. д.

Источник: Windows Central

В меню View (параметры макета и просмотра) вы найдете параметры для отображения элементов в различных размерах, таких как очень большой, большой, маленький, список, подробности и т. д. В меню также есть возможность включить компактный вид вместо нового представления с большим количеством отступов вокруг элементов в приложении. Кроме того, подменю Показать содержит параметры для управления представлением левой панели, отображения или скрытия расширений или скрытых элементов.

Источник: Windows Central

Наконец, значок с тремя точками справа предназначен для меню «Подробнее», которое включает команды для выбора, сжатого в ZIP-файл, и параметры для управления настройками приложения.

Источник: Windows Central

Как и в устаревшей версии File Explorer, параметры на панели команд будут меняться в зависимости от просматриваемого содержимого, а это означает, что в зависимости от того, где вы находитесь и какими файлами вы управляете, вы увидите разные команды.Например, меню «Создать» не будет доступно на странице «Этот компьютер», но меню «Дополнительно» будет включать в себя параметры для управления сетевыми расположениями и сопоставления сетевых дисков.

Источник: Windows Central

Кроме того, при выборе изображения или папки ZIP вы получите соответствующие параметры для управления этими файлами.

Источник: Windows Central

Новые иконки

В Windows 11 проводник представляет современные значки с новыми стилями, цветами и ориентацией, чтобы соответствовать последним изменениям дизайна.

Значки доступны во всем приложении, но наиболее заметные дизайны доступны для папок профилей, включая «Рабочий стол», «Документы», «Загрузки», «Музыка» и «Изображения». Кроме того, значок «Новая папка» был обновлен, и на этот раз есть две версии значка: одна указывает на то, что папка пуста, а другая указывает на то, что в папке есть содержимое. Microsoft даже включает новый значок для заархивированных папок.

Источник: Windows Central

Наряду со значками папок профиля вы найдете новые значки для системных дисков, включая установочный диск, дополнительные и сетевые диски, а также многие другие элементы, такие как параметры, такие как «Этот компьютер», «Сеть», элементы в меню и внутри «Папки». Параметры».

Источник: Windows Central

Переработано контекстное меню

Обновленный файловый менеджер также имеет новый дизайн контекстного меню. Когда вы щелкаете правой кнопкой мыши элемент или внутри папки, вы получаете новое меню, которое включает верхнюю строку с командами для быстрых действий, таких как «Вырезать», «Копировать», «Переименовать», «Поделиться» и «Удалить», а затем список параметров в зависимости от предмет, который вы выбираете.

Источник: Windows Central

Следуя тому же подходу к языку дизайна в Windows 11, новый интерфейс контекстного меню включает закругленные углы, полупрозрачный фон и последовательную и простую иконографию для каждого действия.

Новое меню включает только самые распространенные команды, но если вам нужны другие параметры, вы всегда можете использовать пункт Показать дополнительные параметры (клавиша Shift + F10), чтобы открыть классическое меню со всеми устаревшими параметрами.

Несмотря на то, что мы выделяем новый стиль контекстного меню в проводнике, он также доступен для рабочего стола и в других приложениях.

Новая полоса прокрутки

В этом обновлении Microsoft также пытается модернизировать устаревшую полосу прокрутки, сделав ее немного более минималистичной, и это новый дизайн, который вы увидите во всех оставшихся устаревших элементах.

Источник: Windows Central

Интеграция с WSL

File Explorer также интегрирует подсистему Windows для Linux, добавляя возможность доступа к файлам Linux с помощью нового параметра на левой панели навигации.

Источник: Windows Central

Когда вы выберете запись Linux слева, вы получите доступ ко всем дистрибутивам, установленным на компьютере, и при доступе к каждому дистрибутиву вы попадете в корневой каталог этого дистрибутива.

Новый Делитесь опытом

В новой версии вы также найдете обновленный интерфейс Share. Когда вы нажимаете кнопку Поделиться , в новом интерфейсе отображается значок рядом с именем и количеством элементов, которыми вы пользуетесь.

Источник: Windows Central

Если «Обмен с окружением» не включен, вы можете включить его прямо из интерфейса, и есть кнопка для выбора других контактов или приложений, если их нет в списке предложений.Кроме того, есть возможность доступа к странице настроек общего доступа в нижней части страницы.

Настройки

Несмотря на то, что обновленная версия File Explorer включает в себя множество косметических изменений, капитальный ремонт не распространяется на работу. Например, зайдя в «Параметры папки» из меню «Дополнительно», вы увидите устаревший интерфейс. Опыт включает в себя несколько настроек, таких как закругленные углы для кнопок и углы, а также некоторые новые значки, но все остается практически таким же, как и раньше.

Источник: Windows Central

Вы можете найти много деталей, которые на самом деле не изменились. Вы можете увидеть это на странице свойств дисков, в инструменте форматирования и в мастере сопоставления сетевого диска в Windows 11.

Прочие изменения

При поиске теперь можно удалить предыдущие поиски, щелкнув запись правой кнопкой мыши и выбрав параметр «Удалить из истории устройства» или нажав кнопку X .

Если вы используете OneDrive, теперь у вас будет опция «Извлечь все», если щелкнуть правой кнопкой мыши заархивированную папку, которая ранее была настроена как доступная только в сети.

Кроме того, при щелчке правой кнопкой мыши сценария PowerShell (.ps1) теперь в контекстном меню отображается параметр «Выполнить с PowerShell ».

В Windows 11 при переименовании файлов и папок можно использовать стрелки CTRL + влево и вправо для перемещения курсора между словами в имени и CTRL + Delete и CTRL + Backspace для удаления слов в время.

Подведение итогов

Несмотря на то, что мы получили новый внешний вид File Explorer, это все еще то же приложение, но с другим оформлением.Вы можете быстро заметить это, так как многие элементы сохраняют прежний внешний вид, а многие функции не изменились.

Кроме того, возможно, это только я, но новый дизайн может в конечном итоге повлиять на производительность. Если вы не считаете себя технически подкованным человеком и полагались на ленточное меню, найти настройки и задачи будет немного сложнее. Например, возможность создать новую папку теперь требует дополнительных шагов, нет меток для общих команд задач, а страница настроек для настройки опыта немного больше скрыта, чем раньше.

Дополнительные ресурсы Windows

Для получения дополнительных полезных статей, обзоров и ответов на распространенные вопросы о Windows 10 и Windows 11 посетите следующие ресурсы:

Убить саспенс

Mojang Studios нужно рассказать правду о Minecraft на Xbox Series X|S

игроков Minecraft с нетерпением ждали обновления «текущего поколения» для Minecraft на Xbox Series X|S с момента запуска консолей, особенно для возможности трассировки лучей.После недавней неудачи с ошибочно выпущенным кодом прототипа Mojang Studios пришло время рассказать правду. Что происходит?

Меланома кожи — Факты статистики рака

Краткий обзор

Расчетное количество новых случаев в 2022 г. 99 780

% всех новых случаев рака 5,2%

Расчетное количество смертей в 2022 г. 7 650

% всех смертей от рака 1,3%

5-летняя
Относительная выживаемость

93.7% 2012–2018 гг.
Год Уровень новых случаев — SEER 8 Уровень новых случаев — SEER 12 Смертность — США 5-летнее относительное выживание — ВИДЯЩАЯ 8
Наблюдается Смоделированный тренд Наблюдается Смоделированный тренд Наблюдается Смоделированный тренд Наблюдается Смоделированный тренд
1975 8.78 8,56 2,07 2,18 82,54% н/д
1976 8,84 9.00 2,24 2,22 83,80% н/д
1977 9.65 9,46 2,27 2,25 82,65% н/д
1978 9,64 9,94 2,31 2,29 82,77% н/д
1979 10.20 10,45 2,42 2,33 83,45% н/д
1980 11.09 10,99 2,34 2,37 84,83% н/д
1981 11.68 11,55 2,43 2,41 80,89% н/д
1982 11,58 11,87 2,46 2,45 84,37% н/д
1983 11.90 12.20 2,48 2,49 84,94% н/д
1984 12.10 12,54 2,53 2,53 85,39% н/д
1985 13.59 12,89 2,56 2,57 87,19% н/д
1986 13,64 13,24 2,59 2,61 88,37% н/д
1987 14.44 13,61 2,65 2,65 87,72% н/д
1988 13,59 13,99 2,65 2,70 88,94% н/д
1989 14.40 14,38 2,69 2,70 88,19% н/д
1990 14,46 14,78 2,75 2,70 89,06% н/д
1991 15.28 15,19 2,71 2,70 89,95% н/д
1992 15,54 15,61 14,57 14,68 2,71 2,70 88,66% н/д
1993 15.27 16.04 14.14 15.04 2,71 2,70 90,18% н/д
1994 16,32 16,49 15.13 15,41 2,66 2,70 88.95% н/д
1995 17.17 16,94 16,24 15,78 2,70 2,70 90,30% н/д
1996 18.01 17,41 16,87 16.17 2,80 2,70 92,27% н/д
1997 18,39 17,90 17.14 16,56 2,73 2,70 89,99% н/д
1998 18.18 18,39 16,87 16,97 2,75 2,70 91,04% н/д
1999 18,69 18,90 17,50 17,38 2,63 2,70 92.12% н/д
2000 19,79 19,43 18.06 17,80 2,66 2,70 92,52% н/д
2001 20.14 19,97 18,61 18.24 2,66 2,70 92,29% н/д
2002 19,60 20,52 17,97 18,68 2,61 2,70 92,96% н/д
2003 19.98 21.09 18.14 19.14 2,67 2,70 93,12% н/д
2004 21,64 21,68 19,43 19,61 2,67 2,70 93.29% н/д
2005 23,48 22,28 20,84 20.08 2,76 2,70 93,46% н/д
2006 23,42 22,90 20,75 20.57 2,74 2,70 93,63% н/д
2007 22,99 23,53 20,75 21.07 2,68 2,70 93,96% н/д
2008 24.38 24.18 21,66 21.30 2,69 2,70 94,11% н/д
2009 24,53 24,47 21,39 21,53 2,81 2,70 93.88% н/д
2010 25,46 24,75 22,24 21,76 2,74 2,70 94,59% н/д
2011 24.16 25.04 21.08 22.00 2,69 2,70 94,41% н/д
2012 24.04 25,34 21,28 22,23 2,66 2,71 95,56% н/д
2013 25.33 25,63 22,32 22,47 2,67 2,71 96,28% н/д
2014 26,74 25,93 23,63 22,71 2,57 2,54 96.23% н/д
2015 27.14 26,24 23,76 22,96 2,41 2,38 н/д
2016 26,91 26,54 23,63 23.20 2,17 2,23 н/д
2017 26,90 26,85 23,43 23,45 2,09 2,09 н/д
2018 26.48 27.17 22,92 23,70 2,08 2,06 н/д
2019 27,47 27,49 23,91 23,96 2,01 2,03 н/д

В других публикациях новые случаи также упоминаются как инциденты.Показатели новых случаев также называются показателями заболеваемости.

Просмотр таблицы данных

Показатель новых случаев и смертей на 100 000: 90 448 Показатель новых случаев меланомы кожи составил 21,5 на 100 000 мужчин и женщин в год. Смертность составляла 2,2 на 100 000 мужчин и женщин в год. Эти показатели скорректированы по возрасту и основаны на данных о случаях заболевания и смертях за 2015–2019 годы.

Риск развития рака в течение жизни : Приблизительно 2.По данным за 2017–2019 годы, у 1 процента мужчин и женщин в какой-то момент жизни будет диагностирована меланома кожи.

Распространенность этого вида рака : По оценкам, в 2019 году в США насчитывалось 1 361 282 человека с меланомой кожи.

Знаете ли вы? Видео Серия

Насколько распространен этот рак?

По сравнению с другими видами рака меланома кожи встречается довольно часто.

91 585 По оценкам, 90 318 смертей 2022 г. 90 629
Ранг Распространенные виды рака Расчетное количество новых случаев
2022 г.
1. Рак молочной железы (женщина) 287 850 43 250
2. Рак простаты 268 490 34 500
3. Рак легких и бронхов 236 740 130 180
4. Колоректальный рак 151 030 52 580
5. Меланома кожи 99 780 7 650
6. Рак мочевого пузыря 81 180 17 100
7. Неходжкинская лимфома 80 470 20 250
8. Рак почки и почечной лоханки 79 000 13 920
9. Рак матки 65 950 12 550
10. Рак поджелудочной железы 62 210 49 830

Меланома кожи представляет собой 5.2% всех новых случаев рака в США

5,2%

По оценкам, в 2022 году будет зарегистрировано 99 780 новых случаев меланомы кожи, и, по оценкам, 7 650 человек умрут от этого заболевания.

Кто болеет этим раком?

Меланома чаще встречается у мужчин, чем у женщин, а также среди лиц со светлой кожей и тех, кто подвергался воздействию естественного или искусственного солнечного света (например, в солярии) в течение длительного периода времени.Среди белых больше новых случаев, чем среди любой другой расовой/этнической группы. Частота новых случаев меланомы кожи составила 21,5 на 100 000 мужчин и женщин в год на основании случаев 2015–2019 гг., с поправкой на возраст.

Частота новых случаев на 100 000 человек в зависимости от расы/этнической принадлежности и пола: меланома кожи
Кобели
Все гонки 27,6
Белый неиспаноязычный 38.6
Неиспаноязычный Черный 1,0
Неиспаноязычный житель азиатских/тихоокеанских островов 1,4
Неиспаноязычные американские индейцы/коренные жители Аляски 8,7
Латиноамериканец 4,6
Женщины
Все гонки 17.0
Белый неиспаноязычный 25,5
Неиспаноязычный Черный 0,9
Неиспаноязычный житель азиатских/тихоокеанских островов 1,2
Неиспаноязычные американские индейцы/коренные жители Аляски 8,3
Латиноамериканец 4.5
  • Все расы
  • Белый неиспаноязычный
  • Черный неиспаноязычный
  • Неиспаноязычный азиат /
    Житель тихоокеанских островов
  • Американец неиспаноязычного происхождения /
    Индиец, коренной житель Аляски
  • Латиноамериканец
Процент новых случаев по возрастным группам: меланома кожи
Возрастной диапазон Процент новых случаев
<20 0.3%
20–34 4,8%
35–44 7,1%
45–54 13,1%
55–64 22,4%
65–74 25,8%
75–84 18,0%
>84 8.5%

Меланома кожи наиболее часто диагностируется у лиц в возрасте 65–74 лет.

Средний возраст
На момент постановки диагноза

65

Кто умирает от этого рака?

При меланоме кожи смертность выше среди лиц среднего и пожилого возраста. Смертность была 2.2 на 100 000 мужчин и женщин в год на основе смертей в 2015–2019 гг., с поправкой на возраст.

Коэффициент смертности на 100 000 человек в зависимости от расы/этнической принадлежности и пола: меланома кожи
Кобели
Все гонки 3,2
Белый неиспаноязычный 4,0
Неиспаноязычный Черный 0.4
Неиспаноязычный житель азиатских/тихоокеанских островов 0,3
Неиспаноязычные американские индейцы/коренные жители Аляски 1,0
Латиноамериканец 0,9
Женщины
Все гонки 1,4
Белый неиспаноязычный 1.8
Неиспаноязычный Черный 0,3
Неиспаноязычный житель азиатских/тихоокеанских островов 0,3
Неиспаноязычные американские индейцы/коренные жители Аляски 0,6
Латиноамериканец 0,5
  • Все расы
  • Белый неиспаноязычный
  • Черный неиспаноязычный
  • Неиспаноязычный азиат /
    Житель тихоокеанских островов
  • Американец неиспаноязычного происхождения /
    Индиец, коренной житель Аляски
  • Латиноамериканец
Процент смертей по возрастным группам: меланома кожи
Возрастной диапазон Процент смертей
<20 0.1%
20–34 1,7%
35–44 3,9%
45–54 8,7%
55–64 18,5%
65–74 24,9%
75–84 24,3%
>84 17.9%

Процент смертности от меланомы кожи самый высокий среди людей в возрасте 65–74 лет.

Изменения с течением времени

Отслеживание новых случаев, смертей и выживаемости с течением времени (тенденции) может помочь ученым понять, достигнут ли прогресс и где необходимы дополнительные исследования для решения проблем, таких как улучшение скрининга или поиск более эффективных методов лечения.

Используя статистические модели для анализа, скорректированные по возрасту показатели новых случаев меланомы кожи росли в среднем на 1,2% каждый год в течение 2010–2019 гг. Уровень смертности с поправкой на возраст снижался в среднем на 3,2% ежегодно в течение 2010–2019 годов. Тенденции 5-летней относительной выживаемости показаны ниже.

новых случаев, смертей и 5-летней относительной выживаемости

Меланома

Рисунок: Анатомия меланомы

Рисунок: Анатомия кожи с изображением эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки.Меланоциты находятся в слое базальных клеток в самой глубокой части эпидермиса.

Рак кожи может возникнуть на любом участке тела, но чаще всего он возникает на коже, которая часто подвергается воздействию солнечных лучей, например на лице, шее, руках и руках. Существуют различные виды рака, которые начинаются в коже.

Меланома — это заболевание, при котором в клетках кожи образуются злокачественные (раковые) клетки, называемые меланоцитами (клетки, окрашивающие кожу). Меланоциты встречаются по всей нижней части эпидермиса.Они производят меланин, пигмент, придающий коже естественный цвет.

Дополнительная информация

Дополнительная информация

Вот несколько ресурсов для получения дополнительной информации о меланоме кожи.

Ссылки

Все статистические данные в этом отчете основаны на статистике SEER и Национального центра статистики здравоохранения Центров по контролю и профилактике заболеваний. Большинство из них можно найти в SEER*Explorer.

Предлагаемое цитирование

Все материалы в этом отчете являются общественным достоянием и могут быть воспроизведены или скопированы без разрешения; однако ссылка на источник приветствуется.

Факты статистики рака SEER: меланома кожи. Национальный институт рака. Бетесда, доктор медицины, https://seer.cancer.gov/statfacts/html/melan.html

Эти статистические данные сосредоточены на статистике населения, основанной на населении США. Поскольку эти статистические данные основаны на больших группах людей, их нельзя использовать для точного предсказания того, что произойдет с отдельным пациентом. Чтобы просмотреть специализированную статистику, откройте SEER*Explorer. Чтобы просмотреть статистику по конкретному штату, перейдите на страницу «Профили рака штата».

Статистические данные, представленные в этих статистических фактах, основаны на самых последних доступных данных, большинство из которых можно найти в SEER*Explorer. В некоторых случаях могут использоваться разные периоды времени.

Оценки новых случаев и смертей на 2022 год являются прогнозами, сделанными Американским онкологическим обществом (ACS) на основе ранее опубликованных данных.

Рак — сложная тема. Доступен широкий спектр информации. Эти статистические данные не касаются причин, симптомов, диагностики, лечения, последующего ухода или принятия решений, хотя приводятся ссылки на информацию по многим из этих областей.

Управление океанических исследований NOAA

Окраска животных в океане имеет удивительно регулярный рисунок в зависимости от глубины, что, скорее всего, связано с тем, как свет проникает в океанскую воду, и со способностью животного сливаться с окружающей средой.

В отличие от животных на суше или на мелководье, где окраска кожи, меха и перьев может различаться в зависимости от среды обитания, как оттенки на палитре художника, глубоководные животные следуют удивительно регулярному образцу в своей окраске.Голубые животные в океане живут у поверхности. Чуть глубже внизу животные синие сверху и белые снизу. На еще больших глубинах животные вообще прозрачны, но имеют красные желудки. Ниже этого животные имеют красный или черный цвет по всему телу. Наконец, внизу почти все животные либо бледно-красного, либо кремового цвета. Наиболее вероятным объяснением такого распределения является камуфляж (цвет, сливающийся с окружающей средой).

Чтобы животное было невидимым, его цвет и яркость должны соответствовать фону.К несчастью для животного, его цвет также зависит от падающего на него света. Например, белый лист бумаги выглядит красным при красном освещении и синим при синем свете. В наш обычный день изменения цвета окружающего света сильно влияют на цвет объектов, которые мы видим.

Каждый цвет нашего видимого спектра имеет определенную длину волны; по мере того, как длина волны уменьшается от красного до синего света, уменьшается и способность света проникать через воду. Лучше всего проникает синий свет, на втором месте зеленый свет, на третьем желтый свет, за ним следуют оранжевый свет и красный свет.Красный свет быстро фильтруется из воды по мере увеличения глубины, а красный свет фактически никогда не достигает глубины океана, а это означает, что животные, живущие в глубокой воде и окрашенные в красный цвет, практически невидимы.

Животное, которое использует цвет для маскировки, должно беспокоиться как о цвете фона, так и о цвете окружающего света. Для животных, живущих на морском дне, фон и животное освещаются одним и тем же светом, поэтому у животного нет проблем.Тем не менее, животные, плавающие в воде, делают это, потому что фоновый свет не зависит от окружающего света простым способом. Ученые все еще изучают «уловки», которые морские животные используют для маскировки.

Скинни о глубине кожи и скин-эффекте

Скин-эффект и глубина кожи — редко обсуждаемая тема, учитывая, что это важное явление, о котором следует помнить при работе с любым проводником или полупроводником, на радиочастотах или вообще с чем угодно. кроме ДК.По сути, скин-эффект — это термин, описывающий распределение тока в проводнике в зависимости от частоты и свойств материала. Можно заметить, что распределение зарядов в проводнике имеет тенденцию перемещаться ближе к поверхности проводника, чем выше частота сигнала. Это явление затрагивает все проводники, будь то одиночный провод, коаксиальный кабель, микрополосковый кабель или проводники антенны.

Скин-эффект способствует резистивным потерям радиочастотных проводников, но только на проводниках, по которым протекает ток распространяющейся радиочастотной энергии.Для волноводов, коаксиальных кабелей/соединителей и антенн это обычно относится к внешней поверхности внутренних стенок линии передачи. Для некоторых микрополосковых и полосковых структур это может сбивать с толку, поскольку внутренние поверхности, соприкасающиеся с диэлектриком, могут быть проводниками, по которым течет ток, а не внешние поверхности с покрытием. Обычно ВЧ-потери тем больше, чем меньше глубина скин-слоя, поскольку сопротивление на поверхности проводника больше. Распределение тока по проводнику можно рассчитать, если известны некоторые параметры.Расстояние, которое проходит большая часть зарядов внутри проводника, называется глубиной скин-слоя. Поскольку глубина скин-слоя является произведением частоты, удельного сопротивления и магнитной проницаемости проводника, радиочастотные потери материала в зависимости от частоты различаются в зависимости от материала проводника. Например, медь имеет удельное сопротивление 1,678 мкОм на сантиметр и относительную проницаемость 0,999991, золото имеет удельное сопротивление 2,24 мкОм на сантиметр и относительную проницаемость 1, а никель имеет удельное сопротивление 6.84 микроома на сантиметр и относительная проницаемость 600. Толщина скин-слоя меди, золота и никеля на частоте 1 ГГц составляет 2,06 мкм, 2,38 мкм и 0,170 мкм. Следовательно, ВЧ-потери для никелевого материала будут наихудшими, а для меди и, наконец, для золота — гораздо меньшими.

Из этого явления можно сделать интересный вывод. Во-первых, магнитная проницаемость проводника может сильно повлиять на радиочастотные потери материала.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.