к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Скин-эффект, поверхностный эффект

Скин-эффект, поверхностный эффект - затухание электромагнитных волн по мере их проникновения в проводящую среду. Переменное во времени электрическое поле Е и связанное с ним магнитное поле Н не проникают в глубь проводника, а сосредоточены в основном в относительно тонком приповерхностном слое толщиной δ, называемой глубиной скин-слоя. Происхождение скин-эффекта объясняется тем, что под действием внеш. перем. поля в проводнике свободные электроны создают токи, поле к-рых компенсирует внеш. поле в объёме проводника. Скин-эффект проявляется у металлов, в плазме, ионосфере (на коротких волнах), в полупроводниках и других средах с достаточно большой проводимостью.

Глубина скин-слоя существенно зависит от проводимости8041-3.jpg, частоты электромагнитн. поля w, от состояния поверхности. На малых частотах8041-4.jpg велика, убывает с ростом частоты и для металлов на частотах оптич. диапазона оказывается сравнимой с длиной волны8041-5.jpg см. Столь малым проникновением электромагнитн. поля и почти полным его отражением объясняется металлич. блеск хороших проводников. На ещё больших частотах, превышающих плазменную частоту, в проводниках оказывается возможным распространение электромагнитн. волн. Их затухание определяется как внутризонными, так и межзонными электронными переходами (см. Зонная теория).

Теоретич. описание скин-эффекта сводится к решению кинетич. ур-ния для носителей заряда с целью определения связи тока с полем и последующему решению Максвелла уравнений. Наиб. просто описывается т. н. нормальный скин-эффект, к-рый имеет место, когда8041-6.jpg велика по сравнению с эфф. длиной свободного пробега l электронов. Величина l определяется расстоянием, проходимым электроном за время8041-7.jpg между 2 актами рассеяния (8041-8.jpg - время релаксации) либо за период поля 1/w в зависимости от того, какая из этих длин меньше. В общем случае8041-9.jpg , где v - скорость электрона.

При нормальном скин-эффекте распределение поля в проводнике зависит лишь от дифференц. проводимости8041-10.jpg, отличие к-рой от проводимости на пост. токе8041-11.jpg учитывается (для изотропной среды) соотношением8041-12.jpg8041-13.jpg ; оно зависит также от формы поверхности образца. Проводимость связана с диэлектрич. проницаемостью8041-14.jpg среды соотношением8041-15.jpg, где8041-16.jpg - вклад в диэлектрич. проницаемость локализованных электронных состояний (диэлектрич. проницаемость ионной решетки).

Для плоской поверхности образца (плоскость ху)и нормального падения волны (z) распределение поля в проводнике имеет вид
8041-17.jpg

где Е(0) - амплитуда поля на поверхности,8041-18.jpg , коэф. преломления п и затухания8041-19.jpg связаны соотношением8041-20.jpg, где диэлектрич. проницаемость8041-21.jpg (8041-22.jpg- диэлектрич. проницаемость решётки) (см. Высокочастотная проводимость).

Для цилиндрич. провода радиусом r0 распределение поля выражается через функцию Бесселя:
8041-23.jpg

где Е(r0) - поле на поверхности, 8041-24.jpg Скин-эффект существенно сказывается на зависимости сопротивления провода от его радиуса. В то время как на пост. токе сопротивление провода R длины L обратно пропорционально площади сечения8041-25.jpg , на переменном токе в предельном случае, когда ток течёт в очень тонком приповерхностном слое8041-26.jpg , сопротивление обратно пропорционально длине окружности поперечного сечения
8041-27.jpg

В пределе НЧ, когда можно не учитывать частотную дисперсию8041-28.jpg, а также пренебречь величиной8041-29.jpg, глубина скин-слоя:
8041-30.jpg

коэф. преломления:
8041-31.jpg

С повышением частоты в ИК-области для металлов при условии8041-32.jpg проводимость8041-33.jpg8041-34.jpg - плазменная частота электронов. В этом диапазоне8041-35.jpg и глубина скин-слоя8041-36.jpg, т. е. не зависит от частоты и выражается через концентрацию электронов и их эфф. массу т, т. к.8041-37.jpg .В этом же диапазоне коэф. п мал по сравнению с8041-38.jpg и взаимодействие электронов с поверхностью образца существенно влияет как на п, так и на поглощение энергии, пропорциональное мнимой части е. Сталкиваясь с поверхностью, электроны рассеиваются на статич. неоднородностях и тепловых поверхностных колебаниях (см. Поверхность ).Аномальный скин-эффект описывает ситуацию при8041-39.jpg ; он наблюдается в СВЧ-диапазоне в чистых металлах при низких темп-pax. Связь между плотностью тока l и полем Е является здесь нелокальной, т.е. значение тока в нек-рой точке проводника определяется полем в окрестности этой точки с размером ~ l. Задача о распределении поля сводится к интегро-дифференц. ур-нию, решение к-рого даёт, в частности, асимптотич. закон убывания поля Е. Наряду с компонентой, убывающей на расстоянии ~8041-40.jpg от поверхности, наблюдается медленное убывание на расстоянии ~l. Выражение для 8 в этом случае иное. Напр., для предельно аномального скин-эффекта, т. е. при8041-41.jpg, глубина скин-слоя
8041-42.jpg

При аномальном С. э. рассеяние электронов на поверхности образца мало сказывается на величине8041-43.jpg. Здесь существенную роль играют электроны с малыми углами скольжения, для к-рых отражение близко к зеркальному. Заметно влияет на аномальный скин-эффект пост. магн. поле Н, параллельное поверхности. Электроны, закручиваемые магн. полем, при зеркальном отражении многократно сталкиваются с поверхностью образца и долгое время двигаются в пределах скин-слоя. Это приводит к росту проводимости и уменьшению глубины скин-слоя
8041-44.jpg

где8041-45.jpg - ларморовский радиус; предполагается8041-46.jpg. Др. электроны, не сталкивающиеся с поверхностью, возвращаются в скин-слой после каждого оборота вокруг магн. поля, благодаря чему в металлах наблюдается циклотронный резонанс.

Более точный количеств. смысл как при нормальном, так и аномальном С--э. (в отличие от8041-47.jpg) имеет поверхностный импеданс Z .В НЧ-области нормального скин-эффекта
8041-48.jpg

и уменьшается с температурой Т, т. к. растёт8041-49.jpg. Для предельно аномального С--э. импеданс
8041-50.jpg

где параметр В определяется спектром электронов; в изотропном приближении8041-51.jpg

Литература по скин-эффекту

  1. Нелинейный скин-эффект
  2. Fаlkоvskу L. A., Transport phenomena at metal surfaces, «Adv. in Phys.», 1983, v. 32, № 5, p. 753;
  3. Aбрикосов А. А., Основы теории металлов, М., 1987, с. 105- 117.

Л. А. Фальковский

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире.

Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.

В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 02.12.2020 - 19:55: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 19:54: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 13:11: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 13:11: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 13:10: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 11:07: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 11:07: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 11:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 07:56: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 07:55: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
02.12.2020 - 07:46: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
01.12.2020 - 20:01: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution