СКИН-ЭФФЕ́КТ

СКИН-ЭФФЕ́КТ, за­ту­ха­ние элек­тро­маг­нит­ных волн по ме­ре их про­ник­но­ве­ния в про­во­дя­щую сре­ду. Пе­ре­мен­ное элек­трич. по­ле и свя­зан­ное с ним маг­нит­ное по­ле не про­ни­ка­ют в глубь про­вод­ни­ка, а со­сре­до­то­че­ны в осн. в от­но­си­тель­но тон­ком при­по­верх­но­ст­ном слое тол­щи­ной δ, на­зы­вае­мой глу­би­ной скин-слоя. С.-э. обу­слов­лен тем, что при рас­про­стра­не­нии элек­тро­маг­нит­ной вол­ны в про­во­дя­щей сре­де воз­ни­ка­ют вих­ре­вые то­ки (см. Фу­ко то­ки), в ре­зуль­та­те че­го часть элек­тро­маг­нит­ной энер­гии пре­об­ра­зу­ет­ся в те­п­ло­ту. Это при­во­дит к умень­ше­нию на­пря­жён­но­стей элек­трич. и маг­нит­но­го по­лей и плот­но­сти то­ка, т. е. к за­ту­ха­нию вол­ны. За­ту­ха­ние тем силь­нее, чем боль­ше час­то­та ω элек­тро­маг­нит­но­го по­ля, маг­нит­ная про­ни­цае­мость μ и про­во­ди­мость σ про­вод­ни­ка. С.-э. про­яв­ля­ет­ся в ме­тал­лах, плаз­ме, ио­но­сфе­ре (на ко­рот­ких вол­нах), вы­ро­ж­ден­ных по­лу­про­вод­ни­ках и др. сре­дах с дос­та­точ­но вы­со­кой про­во­ди­мо­стью.

Глу­би­на скин-слоя за­ви­сит от ве­ли­чин σ и ω, а так­же от со­стоя­ния по­верх­но­сти. На ма­лых час­то­тах δ ве­ли­ка, убы­ва­ет с рос­том час­то­ты и для ме­тал­лов на час­то­тах оп­тич. диа­па­зо­на ока­зы­ва­ет­ся срав­ни­мой с дли­ной вол­ны (по­ряд­ка 10^–7 м). Столь ма­лым про­ник­но­ве­нием элек­тро­маг­нит­но­го по­ля и поч­ти пол­ным его от­ра­же­ни­ем объ­яс­ня­ет­ся ме­тал­лич. блеск хо­ро­ших про­вод­ни­ков. На час­то­тах, пре­вы­шаю­щих плаз­мен­ную час­то­ту ω_p, в про­вод­ни­ках ока­зы­ва­ет­ся воз­мож­ным рас­про­стра­не­ние элек­тро­маг­нит­ных волн.

При нор­маль­ном С.-э., ко­гда δ ве­ли­ка по срав­не­нию с эф­фек­тив­ной дли­ной сво­бод­но­го про­бе­га l элек­тро­нов, рас­пре­де­ле­ние по­ля в про­вод­ни­ке за­ви­сит толь­ко от диф­фе­рен­ци­аль­ной про­во­ди­мо­сти. В пре­де­ле низ­ких час­тот, ко­гда мож­но не учи­ты­вать час­тот­ную дис­пер­сию и пре­неб­речь ди­элек­трич. про­ни­цае­мо­стью ион­ной ре­шёт­ки, глу­би­на скин-слоя δ=c(2πωσ)^–1/2 (c – ско­рость све­та). С по­вы­ше­ни­ем час­то­ты в ИК-об­лас­ти спек­тра для ме­тал­лов δ не за­ви­сит от час­то­ты: δ=c/ω_p.

При l>δ С.-э. при­об­ре­та­ет ряд осо­бен­но­стей, бла­го­да­ря ко­то­рым он по­лу­чил назв. ано­маль­но­го. Та­кой С.-э. на­блю­да­ет­ся в СВЧ-диа­па­зо­не в чис­тых ме­тал­лах при низ­ких темп-pax. Элек­тро­ны при ано­маль­ном С.-э. ста­но­вят­ся не­рав­но­цен­ны­ми с точ­ки зре­ния их вкла­да в элек­трич. ток. Су­ще­ст­вен­ную роль иг­ра­ют элек­тро­ны с ма­лы­ми уг­ла­ми сколь­же­ния, для ко­то­рых от­ра­же­ние близ­ко к зер­каль­но­му. На ано­маль­ный С.-э. влия­ет по­сто­ян­ное маг­нит­ное по­ле, па­рал­лель­ное по­верх­но­сти. За­кру­чи­вае­мые им элек­тро­ны при зер­каль­ном от­ра­же­нии мно­го­крат­но стал­ки­ва­ют­ся с по­верх­но­стью об­раз­ца и дол­гое вре­мя дви­жут­ся в пре­де­лах скин-слоя. Это при­во­дит к рос­ту про­во­ди­мо­сти и умень­ше­нию δ. Др. элек­тро­ны, не стал­ки­ваю­щие­ся с по­верх­но­стью, воз­вра­ща­ют­ся в скин-слой по­сле ка­ж­до­го обо­ро­та в маг­нит­ном по­ле, вслед­ст­вие че­го в ме­тал­лах на­блю­да­ет­ся цик­ло­трон­ный ре­зо­нанс.

При дос­та­точ­но вы­со­ких зна­че­ни­ях на­пря­жён­но­сти пе­ре­мен­но­го элек­тро­маг­нит­но­го по­ля, ко­гда па­ра­мет­ры сре­ды (напр., σ) на­чи­на­ют за­ви­сеть от ве­ли­чи­ны по­ля, С.-э. ста­но­вит­ся не­ли­ней­ным, т. е. δ так­же на­чи­на­ет за­ви­сеть от ин­тен­сив­но­сти элек­тро­маг­нит­но­го по­ля.

В тех­ни­ке С.-э. час­то не­же­ла­те­лен. При силь­ном С.-э. пе­ре­мен­ный ток про­те­ка­ет гл. обр. по по­верх­но­ст­но­му слою про­во­да, при этом его се­че­ние ис­поль­зу­ет­ся не пол­но­стью, со­про­тив­ле­ние про­во­да и по­те­ри мощ­но­сти в нём воз­рас­та­ют. В фер­ро­маг­нит­ных пла­сти­нах или лен­тах маг­ни­то­про­во­дов транс­фор­ма­то­ров, элек­трич. ма­шин и др. уст­ройств пе­ре­мен­ный маг­нит­ный по­ток при силь­ном С.-э. про­хо­дит в осн. по их по­верх­но­ст­но­му слою, вслед­ст­вие че­го воз­рас­та­ют на­маг­ни­чи­ваю­щий ток и по­те­ри в ста­ли. Вред­ное влия­ние С.-э. ос­лаб­ля­ют умень­ше­ни­ем тол­щи­ны пла­стин или лен­ты, а при дос­та­точ­но вы­со­ких час­то­тах – при­ме­не­ни­ем маг­ни­то­про­во­дов из маг­нит­ных ди­элек­три­ков.

На С.-э. ос­но­ва­но дей­ст­вие элек­тро­маг­нит­ных эк­ра­нов, взры­во­маг­нит­ных ге­не­ра­то­ров, взры­во­маг­нит­ных ге­не­ра­то­ров час­то­ты, ВЧ по­верх­но­ст­ная за­кал­ка сталь­ных из­де­лий и др.