전선의 표면이나 내부에 전기가 흐르나요?

빈도에 따라 다릅니다. DC 전기는 전선의 벌크 단면을 통해 이동합니다.

변화하는 전류 (AC)는 표면층에서 전기가 더 쉽게 흐르는 피부 효과 를 경험합니다. 주파수가 높을수록 와이어에서 사용할 수있는 표면층이 얇아집니다. 일반 가정용 AC (50 / 60hz)에서 피부 깊이는 약 8-10mm이지만 마이크로파 주파수에서 전류가 흐르는 금속의 깊이는 가시광 선의 파장과 거의 같습니다

편집 : Navin 의 흥미로운 점-스킨 효과를 개별적으로 적용하려면 개별 가닥을 서로 절연해야합니다. 이것이이 질문에서 넓게 분리 된 전선 쌍의 이유입니다. 이중 회로 타워의 모든 선은 무엇입니까?

댓글

• 미국의 모든 발전 시스템이 60Hz (” 고전압 는 신호의 진폭을 나타냅니다. 피부 깊이 효과가 금속 볼륨의 대부분이 전도되지 않음을 의미하는 마이크로파의 경우 신호를 전달하기 위해 도파관 을 사용해야합니다.
• 즉, 매우 높은 전력 케이블도 두께가 1/2 ” 이상이면 중앙이 효율적으로 사용되지 않기 때문에 여러 개의 얇은 와이어로 만들어집니다.

연선은 더 쉽게 구부러지기 때문에 사용됩니다. , 그러나 본질적으로 동일한 전도 특성을 가지고 있습니다.

전류는 전선 전체에 흐릅니다. 이것은 둥근 와이어의 저항을 측정하여 쉽게 테스트 할 수 있습니다. 저항은 반경에 따라 2 차적으로 떨어지며 이것이 중요한 단면적임을 나타냅니다.

개정 :이 답변은 직류에 대해서만 정확합니다. AC에 대해서는 아래 Beckett s를 참조하십시오. 변화하는 자기장은 표면 효과를 생성하는 와전류를 도입합니다. 여기서 전류는 반경에 비례하지 않는 와이어의 “피부 깊이”내에서만 전달되는 경향이 있습니다.

설명

• 저항 $ R = \ rho L / S $를 가정합니다. 여기서 $ S $는 전류가 흐르는 전선의 면적입니다. flow (반드시 전선의 전체 단면이 아님), 이것이 AC 주파수 전류에 적용되는지 궁금합니다. $ \ rho $도 주파수에 따라 변경됩니다.
• @ C4stor that ‘ 맞습니다. ‘ ‘ 흐르는 전류의 양. 그러나 현재는 ‘ 단순한 ” 스킨 ” 속성이 아님을 확인합니다. , 여기서 전류 흐름은 가장자리 (또는 유사하게 중심)에서 고정 된 거리로 제한됩니다. 즉, 약간의 변형이있을 수 있지만 ‘ 기본적으로 원주가 아니라 영역입니다. 전류 흐름의 정확한 세부 사항은 덜 흥미 롭습니다. : P
• AC 효과를 무시하는 것은 잘못된 것 같습니다. Wikipedia 를 참조하세요. ‘ 가정용 배전에서는 역할을하지 않지만 ‘는 반경이 1cm를 초과 할 때 중요합니다.
• 와이어가 꼬이는 또 다른 이유는 어떤 지점에서 결함이 있거나 끊어지면 파손이 매우 작은 부분에 포함되기 때문입니다. 부분 : 그 단일 섬유.
• 특정 유형의 AC의 경우 전류가 표면 깊이 만 흐르기 때문에 전력선에는 전도성이 더 높은 쉘과 함께 전도성이 낮은 강철 코어 (강도 용)가 있습니다. 현재 대부분을 실행합니다.

이것은 원래 질문과 약간 관련이 없지만 이것은 정적 전기가 도체 표면에 축적된다는 사실로 인해 일반적인 오해로 발생할 수 있다는 점을 언급 할 가치가 있습니다. 이것은 사실이지만 전류가 통과하는 경향이 있다는 것은 맞습니다. 도체의 부피 및 전류 밀도는 $ 단위로 측정됩니다. \ text {A} / \ text {m} ^ 2 $.

또한 Martin의 대답은 좋은 지적을합니다. 스킨 효과는 AC 전류와 관련이 있지만 인치를 다루지 않는 한 -두꺼운 와이어, 그것은 실제로 차이를 만들지 않을 것입니다. 더 높은 주파수에서는 연선이 약간 도움이 될 수 있지만 여전히 취약합니다. 전선을 연선하는 특별한 방법이 있습니다 (예 : litz 전선 )로 효과를 완화 / 무효화 할 수 있지만 주전원에는 필요하지 않습니다.

댓글

• Litz Wire의 좋은 예!

교류의 경우 전류 밀도는 Martin Beckett의 설명에 따라 와이어의 외부 표면에서 거리가 멀어짐에 따라 기하 급수적으로 감소합니다 (“피부 효과 “). 이것은 준 정적 근사치에서 분석적으로 볼 수 있습니다. 잭슨 5 장에서 설명한 것처럼 Maxwell의 방정식에 대한 것입니다.

직류의 경우가 더 흥미 롭습니다. 먼저 외부 전기장 $ {\ bf E} _0 $를 지정해야합니다. 이는 일반적으로 전선에 균일하고 평행 한 것으로 간주됩니다. 전선을 통과하는 전류는 서로 끌어 당기는 경향이 있으므로 함께 클러스터됩니다 ( “핀치 효과”라고 함). DC 핀치 효과는 http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1974305 , http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.14075 및 http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.17271 . Maxwell의 방정식은 전선의 단면을 통한 전류 밀도 분포를 고유하게 결정하는 데 충분하지 않습니다. 또한 전하 캐리어에 대한 미시적 모델을 지정해야합니다.

한 극단에서 양전하 및 음전하 캐리어를 모두 완전히 이동하고 동일한 전하 대 질량 비율로 취급 할 수 있습니다. 이것은 플라즈마를 통한 전류 전도에 대한 좋은 설명이며 플라즈마 핀치 는 금속을 부수기에 충분히 강할 수 있습니다.

반대로, 양전하를 고정 밀도에서 실험실 프레임에서 완전히 고정 된 것으로 취급 할 수 있으며, 전적으로 모바일 음전하 캐리어의 움직임으로 인한 전류로 전자기장에 “면역”할 수 있습니다. 구리 원자 사이의 원 자간 및 페르미 교환 력은 일반적인 적용 장과 전자 전류에 의해 유도되는 힘보다 훨씬 강하기 때문에 금속 와이어에 대한보다 현실적인 모델입니다. 실험실 프레임에서 와이어의 총 선형 전하 밀도는 평형 상태에서 0이어야합니다 (그렇지 않으면 고정 된 소스와 전자를 교환하고 중화 될 때까지 배터리에서 가라 앉습니다). 움직이는 전자의 나머지 프레임에서 대량 부피 전하 밀도는 0이어야합니다 (그렇지 않으면 전자는 방사형 전기력을 경험하여 와이어의 축을 향하거나 멀어지게합니다).

이러한 요구 사항을 결합하면 다음 그림을 얻을 수 있습니다. $ R $를 와이어의 반경으로 정의하고 $ \ rho_0 $를 실험실 프레임의 양이온 밀도로 정의합니다 ( rest), $ \ beta = v / c $, 여기서 $ v $는 랩 프레임에서 볼 수있는 전자의 드리프트 속도이고 $ \ gamma = 1 / \ sqrt {1- \ beta ^ 2} $입니다. 실험실 프레임에서 벌크 양의 부피 전하 밀도는 $ \ rho_0 $이고 벌크 음의 부피 전하 밀도는 $-\ gamma ^ 2 \ rho_0 $로 크기가 더 큽니다. 따라서 벌크 순 부피 전하 밀도 $ (1-\ gamma ^ 2) \ rho_0 =-\ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $은 (는) 음이고 방사형으로 내부 전기장이 있습니다. 크기는 반경에 따라 선형 적으로 증가합니다. (이 방사형 전기장의 내부 생성은 “자기 유도 홀 효과”라고도합니다.) 전기장은 전류 흐름으로 인해 전자 간의 방사형 내부 인력의 균형을 맞 춥니 다. 음의 벌크 체적 전하의 균형을 맞추는 와이어 표면 주위에는 보상 양의 표면 전하 밀도 $ \ sigma = (R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $가 있으므로 방사형 전기장이 외부에서 사라집니다. 와이어. 이 표면 전하는 실험실 프레임에 남아 있으므로 전류에 영향을주지 않습니다 .

전자 “프레임에는 벌크 체적 전하 밀도 나 방사형 전기가 없습니다. (양이온의 운동으로 인한 자기장이 있지만, 전자는이 프레임에 정지되어 있기 때문에 느끼지 못합니다.)이 프레임의 표면 전하는 $ \ sigma “= ( R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $,이 프레임의 총 선형 밀도는 $ \ lambda “= 2 \ pi R \ sigma”= \ pi R ^ 2 \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $.이 프레임에는 전선 외부 에 방사형 전기장이 있으며, 이는 전자에 영향을주지 않지만 전선 외부의 하전 된 입자를 끌어 당기거나 밀어냅니다.

하지만 일반적인 전류를 사용하는 구리선에서 전자는 극히 비 상대성 ($ \ beta \ ll 1 $)이므로 순 음의 벌크 전하와 양의 표면 전하는 극히 작습니다.

이미 언급했듯이 전도도는 bo입니다. th는 이론적으로 그리고 경험적으로 원주가 아닌 단면적에 비례합니다. 직관적 인 설명 (DC 또는 저주파 AC의 경우)은 정적 전자와 반대로 움직이는 전자 사이의 힘에서 비롯됩니다. 암페어의 법칙, 맥스웰의 방정식 또는 전자기의 상대 론적 특성으로 생각하십시오. 어느 쪽이든 평행 한 방향으로 움직이는 전자가 끌어 당깁니다. 따라서 실제 단면 전류 분포는 전자가 와이어를 통과 할 때 전자의 순 힘 (유인력과 반발력 모두)에서 기인합니다. 나는 그 분포를 계산하려고하지 않았고, 빠른 검색으로는 그것을 찾지 못했습니다. J. D. Jackson을 확인할 수 있습니다. – 나는 더 이상 내 사본을 가지고 있지 않습니다. 어쨌든, 평행하게 움직이는 전자들 사이의 인력은 전기가 표면 (정전기가 존재하는 곳)이 아닌 전선 전체를 통해 흐르는 이유에 대한 핵심입니다.

추가 : AC의 경우, http://www.mathunion.org/ICM/ICM1924.2/Main/icm1924.2.0157.0218.ocr.pdf

소스 전압 및 주파수에 따라 내부 (대량)와 표면 모두. 전선을 통한 전력 흐름을 설정하려면 항상 전도 선에 표면 전하가 필요합니다. 두 가지 유형의 전류 밀도 $ \ boldsymbol J $ : $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J = 0 $ 또는 $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J \ lessgtr 0 $, 표면 전하 역학에 따라 : $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J + \ frac {\ partial \ rho} {\ partial t} = 0 $.

대부분의 시스템에서 $ \ frac {\ partial \ rho} {\ partial t} $는 너무 작아서 전도 전류에 발산이 없습니다 (전선의 일반적인 드리프트 전류). 그러나 모든 전류가 전선의 표면 전하 신호를 번갈아 가며 사용되는 예외적 인 시스템이 있으며 전류는 기본적으로 표면 전류입니다. 원칙적으로 이러한 시스템은 전력을 전달할 수 있습니다. 좋은 질문을 공유하고 즉시 생각해 주셔서 감사합니다.

간단한 대답은 표면입니다. 낙뢰 또는 고전압 라인 강하 중에 차 안에 있으면 죽을 수 있습니다. 또한 누군가가 갑옷을 입고 머리를 때리는 전기 아크로 인해 죽지 않는 테슬라 비디오를 생각해보십시오. 그의 머리에서 발까지의 잠재력의 차이는 잠깐이지만 그렇지 않으면 그를 죽이십시오.

댓글

• 이것은 실제로 질문에 대한 답이 아닙니다 ‘.
• ‘ 패러데이 케이지 의 행동에 대해 이야기하고 있습니다. 2ee2b4be7e “>

I”ll 짧고 달콤하게 유지하십시오. 스트랜드 와이어는 스트랜드가 부하를 감당하기 때문에 과열없이 높은 암페어를 전달할 수 있습니다. 자동차의 배터리 케이블. 연선은 단선보다 우수하지만 장기적으로는 비싸기 때문에 단단하지만 유연한 전기 회사 공급 라인과 같이 집 (뱀이나 구부리기 쉬움)과 같이 장거리에 사용됩니다. 예, 단단한 도체에서 중앙의 저항이 적을 것이라는 것은 사실입니다. 예를 들어 가전 제품을 가정하면 120v가 파장으로 가정에 공급됩니다 (전압을 일정하게 유지 &는 라인이 과열되는 것을 방지 함). 이제 벽에 꽂은 모든 것을 검사하십시오. 전기 모터가 있으며 일반적으로 A / C를 실행합니다. 그러나 다른 모든 것은 DC에서 실행됩니다. 대부분의 장치는 DC가 높은 (암페어, 전류, 저항 또는 부하) 짧은 실행을 처리 할 수 있기 때문에 A / C를 DC로 변환합니다. A / C를 파동으로 전달하는 약간의 기술적 솔리드 와이어라는 것은 전기가없는 파동 사이에 공간이 있음을 의미합니다. “전달 및 냉각에 도움이되는 흐름이 없지만이를 관찰하려면 범위가 필요합니다 …… GOOD LUCK RAD3

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• 이것은 ‘ 전류 흐름이 와이어를 통해 균일하게 분산되는지에 대한 OP ‘의 질문에 대답하지 않습니다 ‘의 단면.