Поверхностный эффект. Активное сопротивление.

Сопротивление проводника постоянному току определяется выражением

или

Если включить этот проводник в цепь переменного тока, измерить действующее значение тока I и мощность P, то обнаружим, что его сопротивление

Переменному току больше, чем постоянному. В отличие от сопротивления проводника постоянному току (омического сопротивления) сопротивление переменному току называют активным сопротивлением.

Увеличение сопротивления проводника при переменном токе вызывается неодинаковой плотностью тока по сечению проводника: внутри проводника плотность тока уменьшается, ток вытесняется к поверхности проводника, что вызывает как бы уменьшение сечения проводника. Это явление носит название поверхностного эффекта.

Сущность поверхностного эффекта заключается в следующем. Проводник можно рассматривать как совокупность большого числа элементарных проводников одинакового сечения, прилегающих вплотную друг к другу и расположенных концентрическими слоями. Переменный ток создает внутри проводника и вокруг него переменное магнитное поле. Элементарные проводники, расположенные ближе к оси проводника, сцеплены с большим магнитным потоком, чем проводники, расположенные ближе к поверхностному слою. Поэтому внутренние элементарные проводники обладают большим индуктивным сопротивлением и ток в них будет меньше, чем в поверхностных слоях. Разница в плотности тока у оси и на периферии провода возрастает с увеличением частоты переменного тока f, диаметра провода d, магнитной проницаемости материала провода µ и проводимости материала.

При частоте переменного тока ниже 100 Гц поверхностный эффект наблюдается в проводниках с диаметром более 10 мм. Для проводников с малым сечение (диаметром менее 10 мм.) влиянием поверхностного эффекта можно пренебречь. Поэтому практически для частот менее 100Гц активное сопротивление считают равным омическому сопротивлению. Однако необходимо учитывать, что в стальных проводниках поверхностный эффект проявляется даже при малом сечении проводника и при низких частотах.

К различной плотности тока в проводах приводит также влияние токов, проходящих по соседним, близко расположенным проводам. Это явление носит название эффекта близости.