الظاهرة السطحية (skin effect)

######################
الظاهرة السطحية (skin effect):
######################

تعرف المقاومة الكهربائية لموصل ما بأنها ذلك الشيء الذي يعوق سريان التيار الكهربائي في الموصل، وعلى الرغم من أن المقاومة النوعية لمادة الموصل تظل ثابتة في حالة كل من التيار المتردد والمستمر إلا أن المقاومة الكلية لأي موصل تكون أكبر في حالة التيار المتردد منها في حالة التيار المستمر. ويرجع السبب في ذلك إلى أنه في حالة التيار المتردد يظهر مجال مغناطيسي متردد يعمل على توليد قوة دافعة كهربائية مضادة في هذا المجال حيث تكون قيمتها عند مركز الموصل أكبر منها عند محيط الموصل الخارجي. وينتج عن ذلك وجود تيار معاكس للتيار الأصلي في الموصل عند المركز بينما يساعد مرور التيار عند السطح الخارجي. وبالتالي فإن التيار المتردد النهائي يسري في الموصل بالقرب من السطح الخارجي له مما ينتج عنه تقليل مساحة المقطع الفعلية فتزداد قيمة المقاومة الكلية للموصل وهذا هو ما يعرف باسم الظاهرة السطحية (أو الجلدية) للموصلات عند استخدامها في دوائر التيار المتردد.

وتؤدي ظاهرة ال skin effect لنقص مساحة المقطع الفعلية للموصل لأن التيار لا يمر فى كل مساحة المقطع مما يتسبب فى زيادة مقاومة الموصل ( Rα 1/A ).

######################
كيفية حدوث ظاهرة Skin effect:
######################

في التيار المستمر:
حيث ينشأ مجال مغناطيسي في داخل الموصل الكهربائي الذي يحمل التيار المستمر مثل المجال المغناطيسي الذي ينشأ حوله. ولكن في حالة التيار المستمر تكون كثافة التيار متساوية عبر مقطع الموصل.

في التيار المتناوب:
حيث انه في حالة التيار المتغير تتغير قطبية التيار المار بفعل الموجة الجيبية للتيار المتناوب حيث يتغير أيضا المجال المغناطيسي مما يسبب نشأت تيارات دوامية تعمل على مقاومة تغير التيار فتخفض من كثافته في وسط الكبل. أي أن الإلكترونات تكون محاطة بخطوط المجال المغناطيسي في وسط الموصل أكثر من الإلكترونات القريبة من السطح. وفي حالة التيار المتغير يحدث المجال المغناطيسي المتزايد في داخل الموصل، حيث يحدث جهدا مضادا أكبر (ضغط أعلى) مما عند السطح .
فيكون الجهد المضاد أقصى ما يمكن في وسط الموصل مما يزيح التيار إلى حرف سطح الموصل. ويعمل ذلك على خفض مقطع الكبل الفعال، وبالتالي تزداد ممانعة الموصل. وكلما زاد التردد كلما زاد هذا التأثير، حيث يمر الجزء الأعظم من التيار في جزء رقيق تحت سطح الموصل عندما يرتفع التردد إلى تردد عالي.
ويقل هذا التاثير بزيادة الموصلية الكهربائية، لذلك يكون من المناسب طلاء كابل من مادة غير جيدة التوصيل للكهرباء بمادة عالية التوصيل.

######################
الموصلات المجوفة:
######################

ال skin effect أو مايسمى بالظاهرة الجلدية هي ظاهرة سريان التيار الكهربائي على سطح الموصل في خطوط الجهد العالي و لهذا السبب تصنع بعض الموصلات مجوفة (مفرغة).

و كذلك موصلات الألمونيوم المستخدمة فى خطوط نقل القدرة ذات الجهد العالي يكون قلب الموصل من الصلب لتقوية الموصل ولا تدخل مساحة مقطع الموصل الصلب ضمن مساحة مقطع الموصل المستخدمة لحمل التيار.