Скин-эффект

Поверхностный эффект и его влияние на нагрев

Поверхностный 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.

Поверхностный эффект

Поверхностный эффект в данном случае не учитывается.
 

Поверхностный эффект объясняется следующим образом. Представим себе поперечное сечение провода ( рис. 60) и разобьем его мысленно на отдельные небольшие участки. Сравним индуктивные сопротивления для токов, проходящих через участок А в центре сечения ч такой же участок Б около поверхности провода.
 

Поверхностный эффект особенно резко проявляется при токах высокой частоты, а также в стальных проводах, у которых магнитный поток внутри провода значительно больше благодаря высокой магнитной проницаемости стали.
 

Поверхностный эффект в цилиндрическом проводнике 290 Глава четырнадцатая.
 

Поверхностный эффект проявляется тем сильнее, чем выше частота тока, меньше удельное сопротивление проводящей среды и больше относительная магнитная проницаемость. Таким образом, за счет вихревых токов изменяются электрические параметры обмотки: уменьшаются ее добротность и индуктивность.
 

Поверхностный эффект совсем не сказывается, если средняя проницаемость практически не отличается от проницаемости материала, при этом th у а уа и jir ср л цг.
 

Поверхностный эффект состоит в том, что переменный ток, протекающий по проводнику, распределяется по его сечению неравномерно и основная часть тока протекает ближе к поверхности. В результате этого полезно используемое сечение проводника уменьшается и сопротивление соответственно возрастает. Поверхностный эффект проявляется тем сильнее, чем выше частота переменного тока, больше магнитная проницаемость материала провода, больше его диаметр и удельная проводимость.
 

Поверхностный эффект развивается тем интенсивнее, чем больше частота переменного тока, чем больше удельная проводимость и магнитная проницаемость материала токо-проводящих жил и чем больше их сечение.
 

Поверхностный эффект вообще вызывает увеличение активного сопротивления провода, но в медных или алюминиевых проводах это увеличение заметно при диаметрах более 12 — 15 мм. В стальных проводах вследствие магнитных свойств стали поверхностный эффект сказывается гораздо сильнее даже при малых диаметрах. При этом сопротивление стального провода изменяется с изменением тока.
 

Поверхностный эффект обусловливается магнитным полем внутри проводника, образующимся при прохождении по нему переменного тока.
 

Поверхностный эффект приводит к тому, что сопротивление проводников в цепи переменного тока несколько больше, чем в цепи постоянного тока.
 

Поверхностный эффект проявляется тем сильнее, чем больше частота тока /, диаметр провода d, удельная проводимость у и магнитная проницаемость ца материала провода.
 

Поверхностный эффект обусловливает то, что активное сопротивление проводников переменному току всегда больше сопротивления постоянному току.
 

Аномальный скин-эффект

Внимательное изучение явления позволяет сделать несколько важных выводов. Как показано на конкретных примерах, скин слой отличается небольшой глубиной. Однако соответствующее расстояние намного меньше средних значений свободного пробега заряженных частиц. Следует не забывать, что на соответствующее перемещение нужно затратить определенную энергию. Преодоление электрического сопротивления материала сопровождается нагревом.

Если снижать температуру, проводимость увеличится. Одновременно станет больше свободный пробег, и уменьшится толщина рассматриваемой части проводника. При определенном уровне стандартный механизм волновых взаимодействий станет ничтожным. Аномальный скин эффект – это изменение размеров слоя, в котором обеспечивается достаточно высокая для практического использования плотность тока.

Проводник в переменном поле

Ситуация меняется, если к проводнику приложить переменное напряжение. Из уравнений Максвелла
$$
\mbox{rot} \vec E = — \frac{\partial \vec B}{c\partial t}, \ \ \
\mbox{rot} \vec H = \frac{4\pi}{c}\vec j + \frac{\partial \vec D}{c\partial t} \ \ \ \ \ (3)
$$
следует, что переменное электрическое поле приводит к появлению вихревого магнитного поля и наоборот. Для рассматриваемого нами случая электромагнитного поля внутри проводника первый член в правой части последнего выражения практически во всех реальных ситуациях значительно больше второго
$$
\frac{4\pi}{c}\vec j \gg \frac{\partial \vec D}{c\partial t}.
$$
Тогда уравнение упрощается и можно считать, что
$$
\mbox{rot} \vec H = \frac{4\pi}{c}\vec j .
$$

В этом приближении в рассматриваемой нами задаче вихревое электрическое поле создается изменением магнитного поля, а вихревое магнитное поле создается только вихревыми токами (токами Фуко), текущими по проводнику:
$$
\vec j=\sigma \vec E.
$$
Очевидно, что током смещения можно пренебречь лишь при достаточно высокой проводимости среды $\sigma .$

Поскольку магнитный поток через контур $L$ (см. рис. 1) теперь изменяется со временем, то циркуляция напряженности электрического поля $\vec E$ по этому контуру будет отличаться от нуля. Используя правило, по которому определяется направление циркуляции, находим, что при возрастании магнитного потока направление индуцированного электрического поля будет таким, как это изображено на контуре стрелками, а значит, что индуцированное электрическое поле будет ослаблять исходное поле вблизи оси и увеличивать его на периферии провода.

Из этого качественного описания электромагнитной индукции для переменного тока в проводе ясно, почему переменное электромагнитное поле не проникает внутрь проводников, а сосредоточивается вблизи поверхности (см. также ). Слой, в котором сосредоточено поле, называют скин-слоем (от англ skin — кожа), а эффект вытеснения поля на поверхность проводника — скин–эффектом. Этот эффект существует не только в том случае, когда к концам проводника приложена разность потенциалов, но и тогда, когда проводник находится в созданном любым способом внешнем переменном электромагнитном поле.

Сильный скин-эффект

Пусть снаружи проводника имеется магнитное поле, меняющееся по гармоническому закону с частотой $\omega :$
$$
H_z(t)=H_0 \exp(-i\omega t)
$$
Введем ось $x,$ направленную по нормали внутрь проводника (в случае цилиндра она направлена противоположно радиусу), и будем искать решение в виде
$$
H_z(x,t)=H_z(x) \exp(-i\omega t)
$$

Тогда уравнение (8) примет вид:
$$
\frac{d^2 H_z}{dx^2}=-\frac{2i}{\delta ^2}H_z \ \ \ \ \ (11)
$$
где
$$
\delta=\frac{c}{\sqrt{2\pi \sigma \mu \omega}} \ \ \ \ \ (12)
$$
а $\mu $ — магнитная проницаемость проводника. Решением уравнения
(11) будет выражение
$$
H_z(x,t)=H_0 \exp(-\frac{x}{\delta }) \exp \left(i(\frac{x}{\delta }-\omega t) \right)\ \ \ \ \ (13)
$$
Оно означает, что амплитуда поля внутри цилиндра экспоненциально спадает, а его фаза линейно отстает от фазы на поверхности. Очевидно, что выражение (12), определяющее характерный масштаб ослабления поля в e раз, представляет собой толщину скинслоя.

Электрическое поле, индуцированное в проводнике, можно найти, используя выражения (3) и (6), откуда получаем c
$$
\vec E = \frac{c}{4\pi \sigma } \mbox{rot} \vec H . \ \ \ \ \ (14)
$$
Подставляя сюда решение (13), находим, что электрическое поле в “плоском” проводнике имеет только составляющую
$$
E_y = (i -1)\sqrt{\frac{\omega \mu }{8\pi \sigma }} H_z , \ \ \ \ \ (15)
$$
перпендикулярную $x$ и $z$ и спадающую вглубь проводника с той же постоянной $\delta ,$ что и магнитное поле. В случае цилиндра это означает, что силовые линии электрического поля $E_y\equiv E_{\varphi }$ замыкаются по окружности вокруг оси.

Применение

Поверхностный эффект позволяет обеспечить локальный нагрев части проводника при пропускании переменного тока. Этот принцип используют, чтобы обогреть трубопровод в зимний период. Правильное применение технологии подразумевает следующие преимущества:

• отсутствие сопроводительных контрольных и функциональных устройств;
• практически неограниченная длина трассы;
• возможность безопасного применения высоких температур.

Частотное распределение плотности токов используют для передачи информационных сигналов по силовым линиям электропередач. При достаточном уменьшении длины волны близость центральной части проводника не будет помехой. Модулированная СВЧ составляющая проходит в поверхностном слое. Для создания пакетов данных и расшифровки применяют специальные кодирующие (декодирующие) устройства.

К сведению. Подобные механизмы используют в нефтяной отрасли для оценки продуктивности скважины. Скин фактор определяет сопротивление перемещению жидкости в близкой технологическому отверстию области пласта. По этому параметру делают оценку реального объема добычи, по сравнению с идеальными условиями.

Учёт эффекта в технике и борьба с ним

Скин-эффект проявляется всё более явно с увеличением частоты переменного тока, что заставляет учитывать его при конструировании и расчётах электрических схем, работающих с переменным и импульсным током. 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. Скин-эффект значительно влияет на характеристики катушек индуктивности и колебательных контуров, такие как добротность, на затухание в линиях передачи, на характеристики фильтров, на расчёты тепловых потерь и КПД, на выбор сечений проводников.

Для уменьшения влияния скин-эффекта применяют проводники различного сечения: плоские (в виде лент), трубчатые (полые внутри), наносят на поверхность проводника слой металла с более низким удельным сопротивлением. Серебро обладает наибольшей удельной проводимостью среди всех металлов, и тонкий его слой, в котором из-за скин-эффекта и протекает бо́льшая часть тока, оказывает заметное влияние (до 10 %) на активное сопротивление проводника. Кроме того, слой сульфида, образующийся на поверхности серебра, не проводит ток и не участвует в скин-эффекте, в отличие от слоя окиси-закиси на поверхности меди, обладающего заметной проводимостью, вдобавок ещё и со свойствами полупроводника, и вносящего дополнительные потери на высоких частотах. Также применяется и покрытие золотом, у которого слой окислов отсутствует вовсе. Напротив, покрытие никелем, оловом или оловянно-свинцовым припоем способно значительно, в несколько раз увеличить сопротивление медных проводников на высоких частотах.

Так, в ВЧ аппаратуре используют катушки индуктивности из посеребрённого провода, серебрят печатные и проволочные проводники, поверхности экранов и обкладки конденсаторов, в высоковольтных линиях электропередач применяют провод в медной либо алюминиевой оболочке со стальным сердечником, в высокомощных генераторах переменного тока обмотка изготавливается из трубок, по которым для охлаждения циркулирует сжиженный водород или дистиллированная вода. Также с целью подавления скин-эффекта используют систему из нескольких переплетённых и изолированных проводов — литцендрат. При передаче больших мощностей на значительные расстояние применяются линии постоянного тока — HVDC, который не подвержен воздействию скин-эффекта.

Покрытие серебром также применяется в сверхвысокочастотном оборудовании, использующем колебательные контуры особой формы: объёмные резонаторы и специфические линии передач — волноводы

Кроме того, на таких частотах особое внимание приходится уделять снижению шероховатости поверхности с целью уменьшения длины пути протекания тока.

Скин-система

Система электрообогрева на основе скин-эффекта (или индукционно-резистивная система нагрева, ИРСН) является единственной конструкцией, позволяющей обогревать плечо трубопровода до 60 км и подавать питание с одного конца без сопроводительной сети.

Впервые такая технология появилась в Японии в 1960-х годах, и в настоящее время в мире всего несколько производителей сумели освоить её. Сегодня системы электрообогрева на основе скин-эффекта производятся только в Японии, США и России.

Принцип действия рассматриваемой системы основан на двух явлениях: эффекте близости и скин-эффекте (поверхностном эффекте).

Нагревательным элементом системы электрообогрева выступает труба из ферромагнитной стали наружным диаметром 15-60 мм и толщиной стенки не менее 3,0 мм, в которую свободно помещён изолированный проводник из немагнитного материала сечением 8–40 мм2. Проводник в конце плеча обогрева электрически соединяется с трубкой, а в начале плеча между трубкой и проводником подается переменное напряжение от источника электропитания.

Ток, протекающий по жиле проводника, индуцирует магнитное поле, взаимодействующее с током обратного направления, протекающим по трубе. Вследствие чего в ферромагнитном внешнем проводнике (стальной трубке) возникает ярко выраженный скин-эффект: ток протекает не по всей толщине стенки трубки, а в тонком (около 1 мм) поверхностном слое. Причём этот слой расположен у внутренней поверхности стальной трубки.

Так как на внешней поверхности трубки ток практически отсутствует, потенциал наружной поверхности остаётся нулевым, что делает ИРСН электробезопасной.

Системы на основе скин-эффекта получили применение на крупнейших объектах Total, ПАО «НК «Роснефть», ПАО «Газпром», ПАО «ЛУКОЙЛ», среди которых Харьягинское, Южно-Шапкинское, Ванкорское, Песцовое, Заполярное, Новопортовское месторождения, и другиx.

В общей сложности такими системами инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» (входит в ГК «ССТ») оснастила более 1 000 км трубопроводов в России и за рубежом.

К слову

Инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» — российский разработчик и поставщик систем электрообогрева и теплоизоляции для различных отраслей промышленности. «ССТэнергомонтаж» входит в Группу компаний «Специальные системы и технологии», которая является лидером российского рынка электрообогрева более 25 лет.

Способы подавления скин эффекта

Перечисленные методики имеют особое значение при работе с высокочастотными радиосигналами. В частности, для улучшения проводимости поверхностный слой создают из серебра, платины, других благородных металлов. Следующие рекомендации применяют на практике при создании качественной аудио аппаратуры:

• для пропускания сигналов используют тонкие (0,25-0,35 мм) жилы;
• плетением кабеля устраняют значительные искажения силовых линий магнитного поля;
• надежной изоляцией предотвращают окисление меди;
• проверяют наличие поблизости других линий, способных оказывать вредное взаимное влияние.

Оптоволоконная линия связи

При переходе в СВЧ диапазон сигналы передают по волноводам. Устраняют возможные негативные проявления с помощью передачи данных сигналами в оптическом диапазоне.

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства.

Поверхностный 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

А какая частота считается высокой?

Как уже было сказано, скин эффект проявляется только на переменном сигнале и только на высоких частотах. До этого я специально обходил числовые значения частоты стороной. Но что же означает высокая частота?

Тут стоит заострить внимание на том, что под «высокими частотами» подразумеваются высокие по меркам электроники, а не человеческого слуха. Бороться с проявлением скин эффекта начинают на частотах выше 1МГц. Там может доходить и до того, что проводники делаются не сплошными, а полыми в виде трубок

Т.к. в центральная часть проводника становится не просто ненужной, но еще и вредной для сигнала.

Конечно скин эффект проявляется и в слышимой области частот. Не зря же об этом пестрят все Хай-Энд издания. Но вот только хитрые маркетологи не говорит о том, насколько проявляется это влияние.

Плащи[править | править код]

Плащи служат дополнением для скина игрока. Выдачей официальных плащей управляют разработчики игры, и самостоятельно такие плащи получить нельзя.

Плащи Mojangправить | править код

Плащи MINECONправить | править код

Временные плащиправить | править код

Личные плащиправить | править код

Другие плащиправить | править код

Поверхностный эффект в проводниках

Наблюдается, 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)

Высокоионизированная плотная плазма

Соударение 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 плазмы

Плазма излучает в УФ, ИК областях и даже в области рентгеновских лучей. Эти излучения бывают трёх типов:

1. Дискретные – когда электрон переходит на более низкие уровни

2. Сплошной спектр рекомбинационного излучения при соударении второго рода между положительными и отрицательными ионами, или положительным ионом и электроном

3. Тормозное излучение. При торможении электронов возникает рентгеновское излучение.

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.

1. Циклотронное и синхротронное излучение плазмы

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.

Что такое скин эффект?

Если вы не сильны в английском, то скин (skin) переводится как кожа или в данном случае скорее слой. В русскоязычной литературе, скин эффект называют поверхностным эффектом.

Чем выше частота сигнала F тем сильнее он вытесняется к поверхности и тем тоньше становится слой по которому он протекает. Этот слой называется скин слой. Красная область на рисунке — область по которой сигнал не течет.

Это приводит к тому, что скорость протекания сигнала на разной частоте различна. Происходит это потому, что для разных частот используется разная площадь поперечного сечения проводника, а разная площадь это разное сопротивление. Все это приводит к появлению фазовых искажений в сигнале.