Поверхностный эффект в проводниках. Поверхностный эффект в проводникахПоверхностный эффект в проводникахСущность этого явления заключается в следующем. Как известно, магнитные линии поля прямолинейного проводника имеют форму концентрических окружностей. Магнитное поле образуется как внутри проводника, так и в пространстве, окружающем проводник. Прямолинейный проводник с током мы можем разбить на отдельные нити тока, параллельные друг другу. Чем ближе такая нить лежит к оси самого проводника, тем больший магнитный поток, замыкающийся внутри проводника, ее охватывает. Индуктивность нити тока и индуктивное сопротивление пропорциональны магнитному потоку, сцепленному с ней. Поэтому внутренние нити проводника, по которым проходит переменный ток, имеют большее индуктивное сопротивление, чем наружные периферийные нити. Последнее вызывает неравномерное распределение тока по сечению проводника, так что плотность тока будет возрастать от оси к поверхности проводника. Это явление называется поверхностным эффектом.
Рисунок 1. Распределение переменного тока по сечению проводника Неравномерное распределение плотности тока приводит к увеличению сопротивления проводника. Сопротивление проводника переменному току с учетом поверхностного эффекта мы назвали активным сопротивлением в отличие от сопротивления (омического), которое оказал бы этот проводник постоянному току. При стандартной частоте 50 Гц, небольшом сечении и медных проводах явление поверхностного эффекта сказывается слабо. При высокой частоте, большом сечении и железных проводах оно значительно. Источник: Кузнецов М. И., "Основы электротехники" - 9-е издание, исправленное - Москва: Высшая школа, 1964 - 560 с.
Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства.Электротехника: ОсновыПоверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства.Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника на его периферию. Этот эффект называется — поверхностным эффектом, или скин-эффектом. В результате этого эффекта ток становится неоднородным. На периферии ток оказывается большим по величине, чем в центре. Это происходит из-за различия в плотности свободных носителей зарядов в перпендикулярном сечении проводника относительно направления тока. Глубина проникновения тока определяется согласно выражению:  Используя приведённую выше формулу для медного проводника получаем, что при частоте тока в 50 Гц глубина проникновения составит приблизительно 9,2 мм. Фактически это означает, что имея проводник с круглым сечением с радиусом более 9,2 мм, ток в центре проводника будет отсутствовать, потому как там не будет свободных носителей зарядов. Чем выше частота тока, тем меньше глубина проникновения. Увеличение частоты тока в два раза повлечет за собой уменьшение глубины проникновения в корень квадратный из двух. Если частота тока увеличится в 10 раз, то, соответственно, глубина проникновения уменьшится в корень из 10 раз. График распределения тока.На графике наглядно показано распределение плотности тока J в проводнике круглого сечения (цилиндрический). За пределами глубины проникновения плотность тока равна нулю или же ничтожно мала, потому как в этих местах проводника отсутствуют свободные электроны. Ток в этих местах отсутствует.  Если из центра такого проводника где отсутствует ток, извлечь проводящий материал, то мы получим полый проводник в виде трубки (трубчатый). Проводящие характеристики от этого не изменятся, потому как тока там и не было, сопротивление такого проводника не изменится, но могут поменяться такие характеристики как индуктивность и емкость проводника. Сопротивление проводника в цепи переменного тока зависит не только от материала проводника, но также от частоты тока. При высоких частотах, за счет скин-эффекта, весь ток начинает протекать практически по границе проводника, там где он контактирует со внешней, не проводящей средой. Практическое использование скин-эффекта.Распределение плотности тока в проводнике в зависимости от частоты тока позволяет по одному проводу передавать электрические сигналы разных частот. Сигналы более высокой частоты проходят по внешнему радиусу (большему) проводника, а сигналы меньшей частоты по меньшему радиусу. Получается нечто вроде слоенного пирога цилиндрической формы, где начинка распределяется сферически. Каждый вид начинки — это как бы отдельная частота тока. Учитывая глубину проникновения тока для разных частот, если требуется проводник с радиусом большим, чем глубина проникновения, то разумно применять многожильный кабель. Скажем так, для 50 Гц частоты тока, предельный радиус примерно 9 мм, а это значит, что нет смысла эксплуатировать цельный проводник с радиусом больше 9 мм. Это не даст никакого увеличения проводимости, потому как ток в центре проводника будет отсутствовать, что является нерациональным использованием дорогостоящей меди. Вот поэтому при больших сечениях применяют многожильные провода и кабели. При передачи высокочастотных сигналов, в целях экономии цветного металла, основной несущий провод изготавливают из дешевого стального сплава, который затем покрывают тонким слоем меди. Благодаря скин-эффекту ток протекает практически только по медной оболочке, а в стальном основании он отсутствует. Это позволяет значительно удешевить провода и кабели для высокочастотных средств связи. Дата: 27.05.2016 © Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев) Тег статьи: Электрический ток Все теги раздела Электротехника:Электричество Закон Ома Электрический ток Электробезопасность Устройства Биоэлектричество Характеристики Физические величины Электролиз Электрические схемы Асинхронные двигатели www.electricity-automation.com Поверхностный (скин-эффект) в проводникеЗвуковой сигнал изменяет свойства проводников, соединяющих компоненты электронной схемы. Причинами этого могут быть:
Важно! Даже при оптимальных параметрах RCLD часто наблюдаются четкие различия в звуке. Одной из причин, часто связанной с конструкцией кабеля, является поверхностный эффект. Поверхностный эффект в проводе Общее объяснениеПри постоянном токе его плотность по всему поперечному сечению проводника одинакова. Но переменный ток регулярно меняет свое направление и силу, что генерирует изменяющееся магнитное поле. Изменение потока индуцирует вихревые токи в проводнике, направленные на противодействие току внутри провода. На поверхности их направления совпадают. В результате плотность тока экспоненциально уменьшается по направлению к центру. Ток смещения увеличивается с частотой переменного тока и диаметром проводника. При высокочастотных сигналах центр проводника практически обесточивается. Сопротивление провода при этом значительно увеличивается за счет смещения тока. Однако это только упрощенная модель. Распределение плотности тока в проводнике Помимо скин эффекта, существует эффект близости, который создает дополнительную концентрацию плотности тока на стороне поперечного сечения линии, лежащей в области магнитного поля наибольшей силы. Она проявляется, например, на внутренних поверхностях при двухтактном возбуждении или на внешних сторонах в синхронной возбужденной двойной линии. Глубина проникновенияРасстояние от поверхности проводника, на котором плотность тока упала до коэффициента 1 / e = 0,37, или -8,69 дБ, называется глубиной проникновения и рассчитывается по формуле: d = √ (ρ / (π × μ × f)), где:
Отсюда можно составить эмпирическое правило для меди: d = 66 × √ (ρ r / (μ r × f)), где:
Глубина скин слоя для э/м полей Из формулы следует, что глубина проникновения для каждой частоты у сверхпроводников равна 0, то есть весь перенос заряда идет по поверхности, а для плохого проводника глубина проникновения очень велика. Глубина проникновения также пропорциональна потерям, возникающим в проводе. Расчет увеличения сопротивления, возникающего во время скин эффекта, немного сложнее:
Важно! Для исключения скин эффекта в звуковом диапазоне до 20 кГц проводник может иметь диаметр не более 1 мм. Если диапазон аудиосигнала величин до 50 кГц, диаметр проводника не может превышать 0,6 мм. Приблизительная формула для определения частоты среза для данного диаметра проводника: f c = 4 / (π × μ × s Cu × D 2) = 1 / (π 2 × 5,8 × D 2), где:
Несколько значений частоты среза для меди:
Фактический поверхностный эффект не является чистым увеличением сопротивления. Часть э/м поля, которая не отражается на проводимости из-за неидеальных свойств провода, но проникает в него, можно назвать полем потерь. Компонента электрического поля ориентирована в осевом направлении вдоль длины проводника, а электромагнитная энергия распространяется радиально, начиная с поверхности. Это является причиной скин эффекта. Таким образом, поле потерь напрямую зависит от проводимости, магнитной проницаемости и частоты сигнала и в конечном итоге преобразуется в тепло. Способы подавления скин эффектаПоверхностный эффект можно подавить или значительно уменьшить, используя вместо сплошной проволоки пучок тонких проводов, покрытых специальным изоляционным лаком. В высокочастотной технологии часто используются тонкостенные трубки, поверхность которых покрыта хорошо проводящим слоем, например, серебром. Акустический кабель Основные особенности подавления скин эффекта:
Многожильные провода часто используются и для передачи токов низкой частоты. Сталь или углеродное волокно применяется для передачи мощности на большие расстояния. Широкие дорожки на печатной плате обеспечивают большую площадь поверхности и низкое сопротивление. С учетом этих простых предложений скин-эффекта можно избежать в большинстве случаев применения электроэнергии. Но правильное функционирование конструкций, работающих на сотнях мегагерц и даже гигагерцах, требует тщательного планирования и инженерных решений. Оптоволоконные кабели, в которых для передачи данных используется неметаллическая среда, обычно требуются, чтобы глубина поверхностного слоя стандартных проводников оставалась низкой. ВидеоОцените статью:elquanta.ru Лекция 12 (часть 2)
31 СОДЕРЖАНИЕ 1. Поверхностный эффект ……………………………………………………..2 2. Электрический поверхностный эффект на примере шины прямоугольного сечения …………………………………………………….3 3. Расчёт комплексного сопротивления шины ……………………………...9 4. Магнитный поверхностный эффект ………………………………………11 5. Расчёт комплексной мощности в листе, обтекаемом синусоидальным магнитным потоком …………………………………...15 6. Анализ выражений для удельной комплексной мощности ……………17 7. Приближённые способы расчёта комплексной мощности в стальном листе, обтекаемом магнитным потоком .………………….....18 8. Электрический поверхностный эффект в проводнике круглого сечения …………………………………………………………….21 9. Эффект близости ……………………………………………………………..26 10. Комплексное сопротивление шины при наличии эффекта близости ………………………………………………………………………30 11. Параметры однофазного шинопровода …………………………………33 12. Электромагнитные поля и параметры шин трёхфазного шинопровода ………………………………………………………………..34 13. Расчёт поля в шинах С, В, А ……………………………………………...36 14. Расчёт комплексного сопротивления шины ……………………………38 15. Эквивалентные схемы замещения трёхфазного шинопровода при симметричной системе токов ………………………………………...40 16. Электромагнитное поле в оболочке кабеля …………………………….45 17. Комплексное сопротивление оболочки ………………………………….47 18. Список литературы ………………………………………………………...49 Поверхностный эффект Экспериментально установлено и теоретически подтверждено, что переменный электрический ток (в том числе и синусоидальный) в отличие от постоянного неравномерно распределяется по сечению токопровода. При этом всегда существует тенденция вытеснения тока из внутренней части проводника в периферийную, т.е. плотность тока в проводнике возрастает по мере перемещения из глубины к поверхности провода. Это явление называют электрическим поверхностным эффектом. Его можно объяснить следующим образом. Ранее указывалось, что вектор Пойнтинга имеет нормальную к боковой поверхности проводника составляющую, и это свидетельствует о проникновении в проводник энергии из окружающего пространства через эту поверхность. Одновременно отмечалось, что электромагнитные волны распространяются в направлении вектора Пойнтинга и в проводящей среде затухают в том же направлении. Но если это так, то в проводнике, обтекаемом током, плотность тока, а также электрическая и магнитная напряженности у поверхности должны быть больше, чем в глубине. Электрическому поверхностному эффекту может быть дано и другое более наглядное объяснение. Если токопровод обтекается синусоидальным током, то его внутренние части сцеплены с большим магнитным потоком по сравнению с периферийными, и поэтому в них в соответствии с законом электромагнитной индукции будут наводиться большиеэлектродвижущие силы, препятствующие изменению тока и находящиеся практически в противофазе с вектором плотности тока. По этой причине можно считать, что во внутренних частях токопровода суммарные электрические напряженности и плотности тока связанные между собой законом Ома ( ), будут иметь меньшие значения, чем в периферийных. Если частота тока и параметры таковы, что глубина проникновения волны много меньше поперечного сечения проводника ( Δ«d ), то ток в проводнике будет сосредоточен лишь в тонком поверхностном слое, толщина которого практически определяется глубиной проникновения волны. Такой поверхностный эффект называют ярко выраженным. Вытеснение тока приводит к увеличению активного сопротивления токопровода по сравнению с его значением при постоянном токе. Именно по этим причинам в высокочастотных установках индуктор выполняется в виде медной трубки, внутри которой для охлаждения пропускается жидкость. Если глубина проникновения волны соизмерима с габаритными размерами, то проводник называют прозрачным и считают, что по сечению этого проводника ток распределяется практически равномерно. Если в проводящем ферромагнетике замыкается переменный магнитный поток, то он также вытесняется на поверхность магнитопровода, в поверхностном слое возрастают магнитная индукция и напряженность, а это влечет за собой увеличение плотности вихревого тока и джоулевых потерь. При магнитном поверхностном эффекте также вводится в рассмотрение глубина проникновения волны, и при условии, что Δ«d, эффект считается ярко выраженным. Явление магнитного поверхностного эффекта широко используется в электротермии, однако в электрических машинах, трансформаторах и других подобных установках проявление этого эффекта крайне нежелательно. Электрический поверхностный эффект на примере шины прямоугольного сечения На рис. 1 изображена шина прямоугольного сечения, обтекаемая током I. Поле в шине удовлетворяет уравнению Гельмгольца
Рис.1 Внутри шины существуют электромагнитное поле и ток проводимости. За пределами шины (удельная проводимость (γ=0) ток проводимости (δ=0) отсутствует, но электрическое и магнитное поля существуют. Так как внутреннее и внешнее электромагнитные поля взаимосвязаны, то при решении задачи о расчете поля внутри шины необходимо знать законы распределения поля и за ее пределами. Таким образом, при строгом подходе нужно решать задачу о расчете поля во всем пространстве — внутри и за пределами шины. Так как эта задача очень сложна для точного аналитического решения, сформулируем такие условия и допущения, при которых задачу о поверхностном эффекте в шине можно будет решить приближенно с хорошей точностью. Сначала рассмотрим поле в круглом проводе (рис. 2).
Рис.2
Рис.3 Магнитные линии представляют собой концентрические окружности. В данном примере поток, обусловленный током в проводе, разделяется на две составляющие — внутренний и внешний. Это свойство круглого провода используется в инженерной практике при определении внутренней индуктивности провода. Как видно из рис. 3, при квадратном сечении провода такое четкое разграничение потоков сделать нельзя, так как контур сечения уже не является силовой линией. Определим, какое влияние оказывает геометрия шины (h/2a) на распределение поля в ее объеме. Из рис. 4 следует, что по мере увеличения относительных размеров (h/2а) силовые линии внутри шины начинают принимать очертания, приближающиеся к форме внешнего контура шины. Если же отношение h/2a » 1 (рис. 5), то практически во всем объеме шины вектор магнитной напряженности становится направленным вдоль большей боковой поверхности шины, т. с. в сторону координаты у. Если теперь пренебречь краевыми эффектами, то для шины при h » 2a возможно решение задачи в системе координат (х, у, z) в предположении, что , , , .
Рис.4 Рис. 5 Поставим задачу: рассчитать распределение поля Е и Н в объеме прямоугольной шины (рис. ПО) и вычислить ее комплексное сопротивление синусоидальному току, если шина h/2a » 1 обтекается током I с частотой ω.
Рис. 6 Рис. 7 Параметры среды: μ, γ. Принятое допущение Ė=Ėx(z) приводит к уравнению Гельмгольца (индекс х в дальнейшем опустим) относительно вектора электрической напряженности , (5.34) где . Решением уравнения (5.34) является совокупность экспоненциальных функций , (5.35) . (5-36) Запишем общее решение для , используя второе уравнение Максвелла . Поскольку в рассматриваемом случае , то . (5.37) С учётом (5.35) . (5.38) Далее отыщем постоянные интегрирования С1 и С2. Поскольку исследуемое поле обладает симметрией , следовательно, из (5.35) имеем . Очевидно, что последнее равенство справедливо, если С1=С2=С/2. Тогда с учётом условия симметрии выражения (5.35) и (5.38) будут иметь вид соответственно , (5.39) . (5.40) Постоянная интегрирования С пропорциональна заданному в шине току I. Выделим некоторый участок dS= hdz (рис. 7). Тогда (5.41) Учтем далее, что и, подставив (5.39) в (5.40), получим
J n .Отсюда находим . (5.42) В итоге окончательное решение для Ė имеет вид: . (5.43) Подстановка (5.42) в (5.40) с учетом (5.34) позволяет получить решение для магнитной напряженности: . (5.44) Таким образом, (5.43) и (5.44) есть окончательные выражены для электрической и магнитной напряженностей и в объем шины. Интерес представляет качественный анализ распределения плотности тока в объеме шины (рис.8). В соответствии с законом Ома для плотности тока в шине имеем .
Рис. 8 Картина распределения δ(z), очевидно, будет зависеть от коэффициента распространения . Если на низких частотах параметр а/∆ мал (ра << 1), то при малом аргументе shpz≈1, Shpa≈pa и тогда
Таким образом при этих условиях ток равномерно распределяется по шине и поверхностный эффект не проявляется. По мере роста частоты картина изменяется, поскольку с ростом параметра (ра) увеличивается неравномерность распределения тока по сечению шины.
Рис. 9 Из графика на рис.9 видно, что при переходе через начало координат функция H(z) меняет знак. Кроме того, на поверхности шины , что соответствует закону полного тока. Приpa << I, t т.е. при слабо выраженном поверхностном эффекте Н(z) изменяется практически по линейному закону. С ростом (ра) начинает проявляться поверхностный эффект. Расчет комплексного сопротивления шины Для расчета сопротивления шины синусоидальному току воспользуемся известной формулой, непосредственно вытекающей из теоремы Пойнтинга: (5.45) Возьмем кусок шины длиной l (рис. 10) и условимся, что замкнутая поверхность, охватывающая эту шину, состоит из следующих частей: ,
Рис. 10 Так как на поверхностях ST и S*бок┴ ,то потоки энергии поступают в шину только через боковые вертикальные поверхности слева и справа, а в силу осевой симметрии они одинаковы. Это значит, что . Поскольку в любой плоскости =const (как и в плоской волне), то интеграл справа обращается в произведение П(a)S6ок и тогда . (5.46) Подставив (5.43), (5.44) в (5.46) с учетом, что , (5.47) Выражение для Z найдём (5.47) на квадрат ток . (5.48) Рассмотрим (5.48) при малой частоте и ярко выраженном поверхностном эффекте. При ра « 1 («прозрачная» шина) cthpa≈1/pа тогда Таким образом, (очевидна аналогия постоянному току). Если ра > 1,7-2, то с большой точностью можно считать, что cthpa≡1. Следовательно, при ярко выраженном эффекте . Но так как ,то активное сопротивление шины синусоидальному току при ярко выраженном поверхностном эффекте становится равным Таким образом, эффективное сечение шины определяется не ее геометрическими размерами, а удвоенным значением глубины проникновения волны. studfiles.net Поверхностный эффект и его влияние на нагревПоверхностный эффект – это эффект оттеснения переменного электрического тока, протекающего через проводник, к его периферии, вызванный переменным магнитным полем, создаваемым этим током.
Механизм возникновения поверхностного эффекта стоит рассмотреть на примере проводника круглого сечения, по которому протекает переменный электрический ток. Протекание электрического тока вдоль проводника приводит к возникновению магнитного поля, силовые линии которого изображены на рисунке. Вектор индукции магнитного поля B при этом всегда направлен по касательной к силовой линии магнитного поля. Поскольку ток j, протекающий через проводник является переменным, вектор индукции магнитного поля также изменяет свой модуль и направление в каждой точке силовой линии в противоположные стороны, а вектор его производной по времени коллинеарен вектору индукции магнитного поля (т.е. векторы могут быть либо сонаправлены либо противонаправлены в каждый момент времени).
Наличие ненулевой первой производной по времени вектора магнитной индукции приводит, в соответствии с законом Фарадея, к возникновению вектора напряженности электрического поля E, ротор которого определяется согласно уравнению Максвелла. Физически это можно представить как возникновение дополнительной электродвижущей силы, сонаправленной с направлением протекания тока вблизи периферии проводника и противонаправленной вблизи его оси. Этот эффект приводит к неравномерному распределению протекающего электрического тока в проводнике, при котором большая часть тока протекает в его поверхностном слое.
График распределения тока представлен на рисунке. Распределение имеет экспоненциальный характер, поэтому для упрощения расчетов в первом приближении принято считать, что электрический ток протекает равномерно только в поверхностном слое толщиной Δ, называемым скин-слоем, а в остальном сечении проводника - отсутствует. Действительная величина плотности тока на глубине скин-слоя в 2,7 раза меньше плотности тока на поверхности проводника, однако в связи с экспоненциальной характеристикой затухания, на глубине 2Δ плотность тока незначительна, а выделяемая мощность практически равна нулю. Поверхностный эффект характерен только для протекания переменного тока: при протекании постоянного тока, ток распределяется равномерно по всему сечению проводника. Толщина скин-слоя сильно зависит от частоты, электрического сопротивления материала и его магнитной проницаемости: она уменьшается с увеличением частоты переменного тока и магнитной проницаемости материала и увеличивается с ростом удельного сопротивления согласно соотношению.
Ярко выраженное изменение толщины скин-слоя происходит при нагреве сплавов на основе железа при переходе температуры точки Кюри: толщина скин-слоя при этом увеличивается на порядок, при этом визуально наблюдается увеличение области нагрева.
Поверхностный эффект имеет огромное значение в индукционном нагреве, поскольку с его помощью можно концентрировать выделение тепловой энергии в определенной области заготовки. Это связано с тем, что нагрев производится вихревыми токами внутри детали в области их протекания, а эта область и, следовательно, область нагрева определяется поверхностным эффектом. Это широко используется, например, при поверхностной закалке, когда необходимо закалить только поверхность изделия, не изменяя структуры металла на большей глубине. Использование частот, при которых толщина скин-слоя намного меньше нагреваемой области возможно, однако в этом случае за счет того, что энергия выделяется в тонком поверхностном слое, нагрев более глубоких зон будет производится слой за слоем за счет теплопроводности металла, что увеличивает длительность нагрева, снижает общий КПД системы, а также не обеспечивает равномерности нагрева. Таким образом, для глубинного равномерного нагрева крупных стальных заготовок следует использовать более низкие частоты, в то время как для нагрева небольших деталей, для поверхностной закалки или для нагрева немагнитных металлов необходимы ТВЧ преобразователи с частотами на порядок выше. Для ориентировочного расчета толщины скин-слоя нескольких основных материалов рекомендуется использовать следующие соотношения.
www.promselt.ru Поверхностный эффект в проводникахНаблюдается, когда по проводу течёт высокочастотная энергия. Ближе к центру провода наведённое электричество направлено обратно. Уменьшается плотность тока, и он может быть даже обратным. Это распределение задаётся уравнением Бестеля. В радиолокаторах ВЧ – колебания передаются по антенне, которая выполнена в виде позолоченной трубки. Пробой проводящего слоя
– коэффициент динотронного эффекта Если как минимум , то произойдёт электрический разряд. Этот критерий называется критерием Тацкссенда. – коэффициент ионизации (линейный или объёмный) Закон сохранения полного тока в плазме
Это и есть закон сохранения полного тока в плазме.
Высокоионизированная плотная плазмаСоударение электронов происходит с электронами и ионами. Правда, кулоновские силы – силы дальнодействия. Специфика такова, что если кинетическая энергия электронов превосходит их потенциальную электрическую энергию, то искажение, изменение направления движения ионов и электронов мало. (вCGS) Если кинетическая энергия меньше потенциальной, то происходит рассеяние частиц. Когда– кулоновский радиус – эффективное сечение рассеянных частиц Однако, в действительности эффективный радиус рассеянья больше этой величины, из-за того, что кулоновское воздействие происходит не на очень малых расстояниях. где. Это логарифм эффективного сечения рассеянья. – радиус Дебая Для воздуха, когда в единице объёма 1014см-3при температуре 1 эВ (1эВ = 11600К).
Плотная плазма отличается ещё и тем, что в предыдущем объекте нет термического равновесия. Более того, там основные частицы – электроны, и для них нельзя говорить о температуре. Температура – мера средней энергии хаотического кинетического движения частиц. Необходимо Максвелловское распределение частиц. В плазме высокого давления такое распределение возникает вследствие частных соударений электронов между собой. Это квазированное состояние. Поэтому можно говорить об электронной температуре плазмы, которая, впрочем, может отличаться от ионной. Как правило, в плазме имеется не одна температура, но в теоретически равновесной плазме говорят об одной температуре. Здесь ионы и электроны имеют одну температуру. Равновесие плазмы описывается уравнением Саха: . Формула экспериментальная. Проводимость плазмы (воздушной, аргонной, азотной): , с погрешностью до 3%, причём;W= 6,2 эВ Даже равновесная плазма имеет детальное равновесие, причём температура несколько отстаёт от энергии плазмы. Имеются области с более высокой температурой, и здесь ионизация происходит более интенсивно, а когда эти ионы попадают в области с более низкой температурой, там происходит рекомбинация, и отдаётся та энергия, которая была затрачена на ионизацию. Так устанавливается полное равновесие в плотной плазме. Излучение плазмыПлазма излучает в УФ, ИК областях и даже в области рентгеновских лучей. Эти излучения бывают трёх типов:
В некоторых случаях в плазме отсутствуют дискретные излучения. Это происходит, когда плазма состоит из лёгких атомов водорода, дейтерия и т.д. Тяжёлые атомы всегда дают дискретный спектр, потому, что атомы теряют лишь внешние электроны. Тяжёлые атомы иногда появляются в плазме неконтролируемо и не при термоядерной реакции. Это происходит, когда ионы бомбардируют стенки сосуда. В плотной плазме происходит рассеянье света. Кванты света рассеиваются на атомах и изменяют своё направление. Если первоначальное излучение не покидает плазму, то такую плазму называют замкнутой. Рассеянье плазмы происходит по закону Релея.
Электроны и ионы плазмы движутся. Движение это происходит как хаотически, так и по силовым линиям поля. Если имеются и магнитные поля (внешние и в самой плазме), то сила Лоренца заставляет заряженные частицы двигаться по окружностям. В результате возникает циклотронное излучение плазмы. Если скорости заряженных частиц в плазме очень велики, то излучение является релятивистским, оно называется синхротронным. studfiles.net Поверхностный эффект в проводникахНаблюдается, когда по проводу течёт высокочастотная энергия. Ближе к центру провода наведённое электричество направлено обратно. Уменьшается плотность тока, и он может быть даже обратным. Это распределение задаётся уравнением Бестеля. В радиолокаторах ВЧ – колебания передаются по антенне, которая выполнена в виде позолоченной трубки. Пробой проводящего слоя
– коэффициент динотронного эффекта Если как минимум , то произойдёт электрический разряд. Этот критерий называется критерием Тацкссенда. – коэффициент ионизации (линейный или объёмный) Закон сохранения полного тока в плазме
Это и есть закон сохранения полного тока в плазме.
Высокоионизированная плотная плазмаСоударение электронов происходит с электронами и ионами. Правда, кулоновские силы – силы дальнодействия. Специфика такова, что если кинетическая энергия электронов превосходит их потенциальную электрическую энергию, то искажение, изменение направления движения ионов и электронов мало. (вCGS) Если кинетическая энергия меньше потенциальной, то происходит рассеяние частиц. Когда– кулоновский радиус – эффективное сечение рассеянных частиц Однако, в действительности эффективный радиус рассеянья больше этой величины, из-за того, что кулоновское воздействие происходит не на очень малых расстояниях. где. Это логарифм эффективного сечения рассеянья. – радиус Дебая Для воздуха, когда в единице объёма 1014см-3при температуре 1 эВ (1эВ = 11600К).
Плотная плазма отличается ещё и тем, что в предыдущем объекте нет термического равновесия. Более того, там основные частицы – электроны, и для них нельзя говорить о температуре. Температура – мера средней энергии хаотического кинетического движения частиц. Необходимо Максвелловское распределение частиц. В плазме высокого давления такое распределение возникает вследствие частных соударений электронов между собой. Это квазированное состояние. Поэтому можно говорить об электронной температуре плазмы, которая, впрочем, может отличаться от ионной. Как правило, в плазме имеется не одна температура, но в теоретически равновесной плазме говорят об одной температуре. Здесь ионы и электроны имеют одну температуру. Равновесие плазмы описывается уравнением Саха: . Формула экспериментальная. Проводимость плазмы (воздушной, аргонной, азотной): , с погрешностью до 3%, причём;W= 6,2 эВ Даже равновесная плазма имеет детальное равновесие, причём температура несколько отстаёт от энергии плазмы. Имеются области с более высокой температурой, и здесь ионизация происходит более интенсивно, а когда эти ионы попадают в области с более низкой температурой, там происходит рекомбинация, и отдаётся та энергия, которая была затрачена на ионизацию. Так устанавливается полное равновесие в плотной плазме. Излучение плазмыПлазма излучает в УФ, ИК областях и даже в области рентгеновских лучей. Эти излучения бывают трёх типов:
В некоторых случаях в плазме отсутствуют дискретные излучения. Это происходит, когда плазма состоит из лёгких атомов водорода, дейтерия и т.д. Тяжёлые атомы всегда дают дискретный спектр, потому, что атомы теряют лишь внешние электроны. Тяжёлые атомы иногда появляются в плазме неконтролируемо и не при термоядерной реакции. Это происходит, когда ионы бомбардируют стенки сосуда. В плотной плазме происходит рассеянье света. Кванты света рассеиваются на атомах и изменяют своё направление. Если первоначальное излучение не покидает плазму, то такую плазму называют замкнутой. Рассеянье плазмы происходит по закону Релея.
Электроны и ионы плазмы движутся. Движение это происходит как хаотически, так и по силовым линиям поля. Если имеются и магнитные поля (внешние и в самой плазме), то сила Лоренца заставляет заряженные частицы двигаться по окружностям. В результате возникает циклотронное излучение плазмы. Если скорости заряженных частиц в плазме очень велики, то излучение является релятивистским, оно называется синхротронным. studfiles.net |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
