什么是"集肤效应"

时间：2020-01-05

理想中电子在导体中以平均分布的方式传导流通，集肤效应（图右）则是电子集中在导体的近外肤位置**通，使横切面的核心部位呈现空泛状态，进而使电流输送量减少。
集肤效应（又称趋肤效应）是指导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀的一种现象。随着与导体表面的距离逐渐增加，导体内的电流密度呈指数递减，即导体内的电流会集中在导体的表面。从与电流方向垂直的横切面来看，导体的中心部分电流强度基本为零，即几乎没有电流流过，只在导体边缘的部分会有电流。简单而言就是电流集中在导体的“皮肤”部分，所以称为集肤效应。产生这种效应的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场，与原来的电流相抵消。

简介
趋肤效应较早在贺拉斯•兰姆1883年的一份论文中提及，只限于球壳状的导体。1885年，奥利弗•赫维赛德将其推广到任何形状的导体。趋肤效应使得导体的电阻随着交流电的频率增加而增加，并导致导线传输电流时效率减低，耗费金属资源。在无线电频率的设计、微波线路和电力传输系统方面都要考虑到趋肤效应的影响。
一般来说，在给定的频率下，使得导线对交流电的电阻增加百分之十的直径大约是：以上的导线对交流电的电阻只对于孤立的导线成立。对于两根邻近的导线，交流电阻会受到邻近效应的影响而显著增大。

减缓趋肤效应的方法
    一种减缓趋肤效应的方法是采用所谓的利兹线（源自德语：Litzendraht，意为“编织起来的线”）。利兹线采用将多条金属导线相互缠绕的方法，使得电磁场能够比较均匀地分布，这样各导线上的电流分布就会较为平均。使用利兹线后，产生显著趋肤效应的频率可以从数千赫兹提高到数兆赫兹。利兹线一般应用在高频交流电的传输中，可以同时减缓趋肤效应和邻近效应。
    高电压大电流的架空电力线路通常使用钢芯铝绞线，这样能使铝质部分的工作部分温度降低，减低电阻率，并且由于趋肤效应，电阻率较大的钢芯上承载较少的电流，因而无关紧要。
还有将实心导线换成空心导线管，中间补上绝缘材料的方法，这样可以减轻导线的重量。
    在传输的频率在甚高频或微波级别时，一般会使用镀银(已知的除**导体外较好的导体)的导线，因为这时趋肤深度如此之大，以至于更厚的银层已经是浪费了。

其它应用
趋肤效应使得交变电流只通过导体的表面，因此电流只在其表面产生热效应。钢铁工业中利用趋肤效应来为钢进行表面淬火，使钢材表面的硬度增大。
趋肤效应也可以描述为:导体中交变电磁场的强度随着进入导体的深度而呈指数递减，因此在防晒霜中混入导体微粒(一般是氧化锌和氧化钛)，就能使阳光中的紫外线(高频电磁波)的强度减低。这便是物理防晒的原理之一。此外，趋肤效应也是电磁屏蔽的方法之一，利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而作成电磁屏蔽装置，这也是电梯里手机信号不好的原因。

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