Czy prąd płynie po powierzchni przewodu lub we wnętrzu?

To zależy od częstotliwości. Prąd stały przepływa przez duży przekrój drutu.

Zmieniający się prąd elektryczny (AC) doświadcza efektu naskórkowego , w którym energia elektryczna łatwiej przepływa przez warstwy powierzchniowe. Im wyższa częstotliwość, tym cieńsza warstwa powierzchniowa nadająca się do zastosowania w przewodzie. Przy normalnym domowych AC (50/60 Hz) głębokość skóry wynosi około 8-10 mm, ale przy częstotliwościach mikrofalowych głębokość metalu, przez który przepływa prąd, jest mniej więcej taka sama, jak długość fali światła widzialnego

edytuj: Ciekawostka z Navin – poszczególne pasma muszą być odizolowane od siebie, aby efekt skóry na każdym z nich był stosowany indywidualnie. To jest powód dla szeroko rozdzielonych par przewodów w tym pytaniu Jakie są wszystkie linie w wieży z dwoma obwodami?

Komentarze

• Prawie na pewno wszystkie systemy wytwarzania energii w USA pracują z częstotliwością 60 Hz – ” wysokie napięcie ” odnosi się tylko do amplitudy sygnału. W przypadku mikrofal, gdzie efekt głębi skóry oznacza, że większość metalu nie przewodzi, do przenoszenia sygnałów należy użyć falowodów .
• Oznacza to, że nawet kable o bardzo dużej mocy będą wykonane z wielu cieńszych drutów, ponieważ gdy mają one więcej niż 1/2 ” grubości, środek nie jest używany efektywnie.
• Zauważ, że zwykły drut wielodrutowy nie poprawi sytuacji, ponieważ prąd nadal postrzega go jako jeden duży drut. Litz Wire zapobiega temu, zmieniając ” wewnątrz ” i ” na zewnątrz ” przewodowe.
• Przesyłanie mocy na bardzo duże odległości może być w rzeczywistości prądem stałym, a nie prądem zmiennym . Ale myślę, że większość transmisji to AC. Jak powiedzieli inni, kluczem jest częstotliwość, a nie napięcie.
• @ Navin Fascynujące, ' nigdy nie widziałem takich przewodów. Zastanawiam się ', czy kształt przekroju można również wykorzystać do zwiększenia wydajności tych kabli o wysokiej częstotliwości, używając czegoś, co ma wyższy stosunek obwodu do powierzchni niż koło. Trójkąty spakowałyby się nawet lepiej niż koła. Do licha, są nawet fraktale, które tesselują;)

Skrętka jest używana, ponieważ łatwiej się zgina , ale ma zasadniczo te same właściwości przewodzenia.

Prąd przepływa przez cały przewód. Można to łatwo sprawdzić, mierząc rezystancję okrągłych drutów – opór spadnie kwadratowo wraz z promieniem, co wskazuje, że liczy się pole przekroju poprzecznego.

Poprawka : ta odpowiedź jest poprawna tylko dla prądu stałego – patrz poniżej Beckett dla AC. Zmieniające się pola magnetyczne wprowadzają prądy wirowe, które powodują efekt naskórkowania, w którym prąd przenoszony jest tylko w „głębokości naskórka” drutu, co jest nie proporcjonalne do promienia.

Komentarze

• Zakładasz opór $ R = \ rho L / S $, gdzie $ S $ to powierzchnia drutu, który jest prądem przepływ (niekoniecznie cały przekrój przewodu), zastanawiam się, czy dotyczy to prądu o częstotliwości AC, dla $ \ rho $ zmienia się również wraz z częstotliwością.
• @ C4stor that ' ma rację, nie ' nie sprawdza, czy nie ma ' t jakiejś $ r $ -zależności od ilość przepływającego prądu. Sprawdza jednak, czy aktualna właściwość nie jest ' t po prostu ” skin ” , gdzie przepływ prądu jest ograniczony do stałej odległości od krawędzi (lub podobnie od środka). Innymi słowy, chociaż mogą istnieć pewne odchylenia, ' jest zasadniczo kwestią pola, a nie obwodu. Dokładne szczegóły tego, gdzie płynie prąd, są mniej interesujące: P
• Ignorowanie efektów AC wydaje się błędne. Zobacz Wikipedia , nie ' nie odgrywa roli w dystrybucji energii w gospodarstwie domowym, ale ' ma znaczenie, gdy promień przekracza 1 cm.
• Innym powodem skręcania drutu jest to, że w przypadku uszkodzenia w dowolnym miejscu i pęknięcia, przerwanie jest ograniczone do bardzo małego porcja: to pojedyncze włókno.
• Fakt, że w przypadku niektórych rodzajów prądu przemiennego prąd płynie tylko po powierzchni skóry, jest również powodem, dla którego linie energetyczne mają mniej przewodzący stalowy rdzeń (dla większej wytrzymałości) z bardziej przewodzącą powłoką który zawiera większość aktualnych.

To trochę nie ma związku z pierwotnym pytaniem, ale warto wspomnieć, że może to powstać jako powszechne nieporozumienie ze względu na fakt, że statyczna elektryczność gromadzi się na powierzchni przewodnika. Chociaż to prawda, to prawda, że prąd ma tendencję do przepływu większość przewodnika, a gęstość prądu jest mierzona w jednostkach $ \ text {A} / \ text {m} ^ 2 $.

Również odpowiedź Martina ma rację, efekt naskórkowy jest istotny dla prądów AC, ale chyba że masz do czynienia z calem -Grusty drut, to naprawdę nie zrobi różnicy. Przy wyższych częstotliwościach skrętka może trochę pomóc, ale nadal byłaby podatna. Istnieją specjalne sposoby na skręcenie drutu (na przykład drut litz ), aby złagodzić / zanegować efekt, ale nie byłoby to potrzebne do zasilania sieciowego.

Komentarze

• Świetny przykład liceum!

W przypadku prądu przemiennego gęstość prądu spada wykładniczo wraz z odległością od zewnętrznej powierzchni drutu („ efekt naskórkowy ”), jak wyjaśnia Martin Beckett. Można to wykazać analitycznie z quasi-statycznego przybliżenia do równań Maxwella, tak jak to zrobiono w rozdziale 5 Jacksona.

Przypadek prądu stałego jest bardziej interesujący. Najpierw musisz określić zewnętrzne pole elektryczne $ {\ bf E} _0 $ that ” popycha „prąd. Zwykle przyjmuje się, że jest on jednolity i równoległy do przewodu. Prądy przepływające przez przewód mają tendencję do przyciągania się i dlatego skupiają się razem (znany jako” efekt szczypania „). Efekt szczypania prądu stałego omówiono w http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1974305 , http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.14075 i http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.17271 . Okazuje się, że równania Maxwella nie wystarczają do jednoznacznego określenia rozkładu gęstości prądu w przekroju przewodu; musisz także określić mikroskopowy model nośników ładunku.

Z jednej strony możesz traktować zarówno dodatnie, jak i ujemne nośniki ładunku jako całkowicie ruchome i o równych stosunkach ładunku do masy. To jest dobry opis przewodzenia prądu przez plazmy, a szczypanie plazmy może być wystarczająco silne, aby zmiażdżyć metal.

Z drugiej strony, ładunki dodatnie można traktować jako całkowicie stacjonarne w ramie laboratorium, o stałej gęstości i „odporne” na pola elektromagnetyczne, przy czym prąd jest całkowicie spowodowany ruchem ruchomych nośników ładunku ujemnego. Jest to bardziej realistyczny model dla drutu metalowego, ponieważ międzyatomowe i Fermiego siły wymiany między atomami miedzi są znacznie, dużo silniejsze niż te indukowane przez typowe stosowane pola i prądy elektronowe. Okazuje się, że w ramach laboratorium całkowita liniowa gęstość ładunku drutu w stanie równowagi musi wynosić zero (w przeciwnym razie wymieniłby elektrony ze stałymi źródłami i opadał na baterię, aż do zneutralizowania), ale w pozostałych układach poruszających się elektronów objętość objętościowa musi wynosić zero (w przeciwnym razie elektrony doświadczyłyby promieniowej siły elektrycznej przyciągającej je do osi drutu lub od niej).

Łącząc te wymagania, otrzymamy następujący obraz: zdefiniuj $ R $ jako promień drutu, $ \ rho_0 $ jako gęstość jonów dodatnich w ramie laboratoryjnej (w której znajdują się reszta), $ \ beta = v / c $, gdzie $ v $ to prędkość dryfu elektronu, jak widać w ramce laboratoryjnej, a $ \ gamma = 1 / \ sqrt {1- \ beta ^ 2} $. W ramce laboratoryjnej gęstość objętościowego ładunku dodatniego wynosi $ \ rho_0 $, a gęstość objętościowego ładunku ujemnego wynosi $ – \ gamma ^ 2 \ rho_0 $, czyli jest większa. Tak więc gęstość objętościowego ładunku netto $ (1 – \ gamma ^ 2) \ rho_0 = – \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $ jest ujemna i istnieje promieniowe wewnętrzne pole elektryczne, którego wielkość rośnie liniowo wraz z promieniem. (Wewnętrzne wytwarzanie tego radialnego pola elektrycznego jest czasami nazywane „samo-indukowanym efektem Halla”). Pole elektryczne równoważy promieniowe przyciąganie do wewnątrz elektronów w wyniku przepływu prądu. Istnieje kompensująca dodatnia gęstość ładunku powierzchniowego $ \ sigma = (R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $ wokół powierzchni drutu, która równoważy ujemny ładunek objętościowy, więc radialne pole elektryczne znika na zewnątrz drut. Ten ładunek powierzchniowy spoczywa w ramie laboratorium, więc nie przyczynia się do prądu.

W układzie elektronów nie ma objętościowego ładunku objętościowego ani elektryczności promieniowej. pole wewnątrz drutu (istnieje pole magnetyczne wynikające z ruchu jonów dodatnich, ale elektrony go nie czują, ponieważ są w spoczynku w tej klatce). Ładunek powierzchniowy w tej ramce wynosi $ \ sigma „= ( R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $, a całkowita gęstość liniowa w tej klatce wynosi $ \ lambda „= 2 \ pi R \ sigma” = \ pi R ^ 2 \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $. W tej ramce istnieje promieniowe pole elektryczne na zewnątrz drutu, które nie oddziałuje na elektrony, ale przyciąga lub odpycha naładowane cząstki poza drutem.

Ale w przewodzie miedzianym z typowymi prądami elektrony są skrajnie nierelatywne ($ \ beta \ ll 1 $), więc ujemny ładunek masowy netto i dodatni ładunek powierzchniowy są bardzo małe.

Jak już wspomniano, przewodność wynosi bo th teoretycznie i empirycznie proporcjonalne do powierzchni przekroju, a nie do obwodu. Intuicyjne wyjaśnienie (dla prądu stałego lub prądu przemiennego o niskiej częstotliwości) wynika z sił między poruszającymi się elektronami w przeciwieństwie do sił statycznych. Pomyśl o tym jako o prawie Ampera, równaniach Maxwella lub o relatywistycznej naturze elektromagnetyki – tak czy inaczej, przyciągają się elektrony poruszające się w równoległych kierunkach. Tak więc rzeczywisty rozkład prądu w przekroju wynikałby z sił netto (zarówno przyciągających, jak i odpychających) elektronów przechodzących przez drut. Nie mam zamiaru obliczać tej dystrybucji, a szybkie wyszukiwanie jej nie znalazło. Może sprawdzić J. D. Jackson – Nie mam już swojej kopii. W każdym razie siła przyciągania między poruszającymi się równolegle elektronami jest kluczem do tego, dlaczego elektryczność przepływa przez większość drutu, a nie tylko na powierzchni (gdzie znajdowałyby się ładunki statyczne).

Dodatek: W przypadku prądu przemiennego, patrz http://www.mathunion.org/ICM/ICM1924.2/Main/icm1924.2.0157.0218.ocr.pdf

Wolałbym tylko skomentować, ale ponieważ mam tutaj konto tylko z tego powodu, spróbuję odpowiedzieć, ale nie mogę pomóc, ale spróbuję przekierować tutaj część komentarza.

Prosta odpowiedź: tak, w idealnym przypadku. Jeśli skonstruujesz model, zobaczysz, że gęstość prądu zmniejsza się do zera na linii środkowej przewodnika, gdzie wektor E wynosi zero. To wymaga trochę pracy poza stwierdzeniem Maxwella ” s Równania.

Rzeczywistość oczywiście nie jest tak wycięta i wysuszona. Ale gradient gęstości prądu jest nadal bardzo znaczący. Czy chcesz wiedzieć, dlaczego Nikolai Tesla mógł zademonstrować to zjawisko własnym ciałem? Cóż, masz to.

Więc użyj kabla linkowego do kabli głośnikowych, gniazdek do iPoda itp. Jego całkowita pojemność prądowa (z powodu ciepła) jest niższa, więc nie podłączaj swojego domu do

Wreszcie oddzielenie linii przesyłowych energii ma na celu zmniejszenie strat spowodowanych sprzężeniem pojemnościowym. Ale skoro już o tym mowa, spójrz na zaporę Hoovera. Tam można kupić odcinek oryginalnej linii przesyłowej od tamy do sieci. Jest to miedź, wykonana z zazębiających się elementów o przekroju promieniowym. I tak, jest pusty. Dla 60 Hz.

Proszę bardzo.

Aby powstrzymać: spróbuj zrozumieć pojęcie gęstości prądu w przewodniku.

Komentarze

• Kabel pleciony jest używany do głośników, ponieważ jest bardziej elastyczny. Solidny kabel jest używany do stałych instalacji, ponieważ nie jest ' t elastyczny, więc nie ' nie porusza się i potencjalnie strzępi. Solidny kabel jest używany nawet do kabli do transmisji danych o niskim natężeniu w budynkach. Sprzężenie pojemnościowe nie jest ' t problem z kablami zasilającymi w łączu, ponieważ oddzielne żyły są w tej samej fazie i mają ten sam potencjał.Wreszcie, puste przewodniki przy zaporze odkurzającej prawdopodobnie mają umożliwić chłodzenie, a nie zapewnić drugą powierzchnię, aby zmniejszyć straty skóry.

Zarówno we wnętrzu (w masie), jak i na powierzchni, w zależności od napięcia i częstotliwości źródła. Ładunek powierzchniowy jest zawsze wymagany na przewodzącym przewodzie, aby zapewnić przepływ mocy przez przewód. Istnieją dwa rodzaje gęstości prądu $ \ boldsymbol J $: $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J = 0 $ lub $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J \ lessgtr 0 $, w zależności od dynamiki ładunku powierzchniowego: $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J + \ frac {\ part \ rho} {\ part t} = 0 $.

W większości systemów $ \ frac {\ part \ rho} {\ part t} $ jest tak mały, że prąd przewodzony jest wolny od dywergencji (typowy prąd dryftu w przewodach). Istnieją jednak wyjątkowe systemy, w których cały prąd jest używany do zmiany znaku ładunku powierzchniowego na przewodzie, a następnie prąd jest w zasadzie prądem powierzchniowym. W zasadzie taki system mógłby przenosić moc. Dziękujemy za podzielenie się dobrym pytaniem i za nieszablonowe myślenie.

Krótka odpowiedź to powierzchnia. Przebywanie w samochodzie podczas uderzenia pioruna lub spadku napięcia na linii wysokiego napięcia mogłoby cię zabić. Pomyśl także o filmach Tesli, na których ktoś nosi zbroję i nie umiera od łuków elektrycznych uderzających go w głowę; różnica potencjałów między głową a stopami, choć tylko na chwilę, wystarczy, aby zabij go inaczej.

Komentarze

• To nie ' naprawdę nie odpowiada na pytanie.
• Mówisz ' o zachowaniu klatki Faradaya , która nie jest ' t taki sam jak przewód przewodzący prąd.

I” ll staraj się, aby był krótki i słodki; Drut pleciony jest w stanie dostarczyć wysokie natężenie prądu bez przegrzania, ponieważ splotki dzielą obciążenie… I.E. przewody akumulatora w samochodzie. drut skręcony jest lepszy od litego, ale za drogi w przypadku długich odcinków, więc drut lity jest używany do długich odcinków, takich jak do twojego domu (łatwy do węża lub zginania) solidna, ale elastyczna linia zasilająca firmy elektrycznej. Tak, to może prawda, że na solidnym przewodniku opór w środku będzie mniejszy, będzie to normalne. Weźmy na przykład sprzęt AGD, 120 V jest dostarczane do Twojego domu jako długość fali (utrzymuje stałe napięcie & pomaga chronić linię przed przegrzaniem) Teraz sprawdź wszystko, co podłączasz do ściany, jeśli tak ma silnik elektryczny, zwykle obsługuje klimatyzację ah! ale wszystko inne działa na DC. większość urządzeń przekształca prąd zmienny w prąd stały, ponieważ prąd stały może obsługiwać krótkie przebiegi z wysokim napięciem (natężenie prądu, prąd, rezystancja lub obciążenie). „t płynie, co pomaga w dostarczaniu i chłodzeniu, ale potrzebujesz zakresu, aby to zaobserwować …… POWODZENIA RAD33

Komentarze

• To nie ' nie odpowiada na pytanie OP ', czy przepływ prądu jest równomiernie rozłożony na kablu ' s.