ما هى ظاهرة الـ Skin Effect فى خطوط النقل؟ وماذا ينتج عنها ؟ وما العوامل التى تؤثر فيها ؟
تعريف هذه الظاهره :
الظَّاهِرَةُ السَّطَحِيَّةُ أو التَّأثِيرُ السَّطَحِيَّ هو انزياح كثافة الإلكترونات قرب سطح السلك (الموصل Cable) عند توصيل تيار متردد ، فتكون كثافة التيار في وسط السلك خفيفة عن كثافته عند السطح .
هى ظاهرة مرور التيار الكهربى المتغير (alternating current) حول السطح الخارجى للموصل فى خطوط النقل الكهربى أو الموصلات عموما بحيث تكون شدة التيار أعلى مايمكن بالقرب من سطح الموصل الخارجى وتتناقص تريجيا كلما إبتعدنا عن السطح وإقتربنا من مركز الموصل حتى ينعدم التيار تماما عند عمق معين عن السطح يسمى (Skin depth ) وتحدث بسبب أن شدة التيار المتغيره تنتج مجال كهربى متغير هذا المجال المتغير يولد قوه دافعه كهربيه داخل الموصل تمنع مرور التيار بداخله …….
ماذا ينتج عن هذه الظاهره:
تتسبب هذه الظاهره فى نقص مساحة المقطع الفعليه للموصل A لأن التيار المتغير AC لا يمر فى كل مساحة المقطع ممايتسبب فى زيادة مقاومة الموصل ( R تتناسب عكسيا مع A ) لذلك يتم إستخدام موصلات مفرغه من الداخل فى حالة التيار المتغير ..…..
- فى حالة التيار المستمر DC يمر التيار فى كل مقطع الموصل وليس حول السطح الخارجى فقط كما فى التيار المتغير AC مما يعنى أن مقاومة الموصل فى حالة التيار المستمر أقل من مقاومته فى حالة التيار المتغير ……
- وتزداد هذه الظاهره بزيادة التردد أى انه كلما زاد التردد قلت مساحة المقطع الفعليه للموصل التى يمر فيها التيار.
ملاحظة :
بإستخدام موصلات مجدوله stranded بدلا من موصلات مصمته Solid تقل هذه الظاهره.
العوامل التى تؤثر فى هذه الظاهره :
تأثير السطح الخارجي المحيط يعتمد على العوامل التالية
1- طبيعة المواد.
2- قطر السلك
3- تردد العرض
4- شكل الأسلاك
مع زيادة قطر السلك ، يزيد تأثيرالسطح المحيط. وبالمثل مع زيادة التردد ، يزداد تأثير السطح المحيط. إذا كان لدينا موصل متعدد(عدة اسلاك رقيقة ملتوية على سلك محوري) بدلاً من موصل صلب ، فإن تأثير السطح الخارجي يكون أقل. يمكن ملاحظة أنه عندما يكون تردد الإمداد أقل من 50 هرتز وقطر الموصل أقل من 1 سم ، يكون تأثير السطح الخارجي ضئيلًا. في الموصلات الكبيرة بترددات الطاقة (50 هرتز) ، يكون تأثير السطح الخارجي عاملاً مهماً.
وينجم عن الأثر السطحي أن تكون مقاومة ناقل ما من حالة تيار متناوب أكبر مما هي في حالة تيار مستمر، ذلك لأن سطح المقطع الفعال للناقل يصغر في الحالة الأولى، وينجم عن صغر المقطع الفعال أيضاً أن مقاومة الناقل R تتغير بتغير تواتر التيار وتزداد بازدياده. ففي حالة ناقل أسطواني مستقيم تتغير R مع تواتر التيار وبالتالي مع وفقاً للخط البياني المبين في الشكل. وهناك صيغ تجريبية أولية تمكن من حساب المقاومة R من أجل تواتر معين f انطلاقاً من المقاومة Ro في حالة تيار مستمر. فعلى سبيل المثال، من أجل ناقل مستقيم بعيد عن أي كتلة مغنطيسية يكون:
حيث S: مقطع الناقل (ليس دائراياً بالضررورة). و P: محيط مقطع الناقل. ولكن حساب المقاومة يصبح مستحيلاً من الناحية العملية إذا كان الناقل في جوار كتل ذات مغنطيسية حديدية، إذ تصبح مسارات خطوط التحريض وبالتالي مسارات التيار معقدة جداً.
ولما كان جريان التيار العالي التواتر يقتصر على الجزء السطحي من السلك الناقل فإن هذه الأسلاك تُلبس بمادة ذات ناقلية عالية أو تُستعمل نواقل مجوفة أو نواقل مكونة من أسلاك دقيقة معزول بعضها عن بعض فتكون سطوح هذه الأسلاك أكبر كثيراً من سطح سلك وحيد مقطعه يساوي المقطع الكلي لجميع الأسلاك الدقيقة.
اتمني ان يكون هذا المحتوى أدى الفكرة بشكل كافي , وإن كان من صواب فهو من الله الكريم الرحمن، وفقني الله (عز وجل) وإياكم لما يحبه ويرضاه، وأتمنى منكم التعليق والمشاركة في الموضوع.
------------------------------------------------------------
م . شـراحــي : لاتنسى الإشتراك في القناة ومتابعتنا على المدونة وذلك بالضغط على زر متابعة , وشكرا .
التسميات
منوعات عامة