Yüzey Katmanı Etkisi1
“Yüzey Katmanı Etkisi”, alternatif elektrik akımı taşıyan iletkenlerde meydana gelen bir fenomendir ve bu olayın sonucunda iletken içinden geçen elektrik akımın yoğunluğu eletkenin dış yüzeyine yakın olan katmanlarda artar ve radial olarak iletkenin merkezine yaklaştıkça akımın yoğunluğu azalar ve sonunda iletkenin merkez hattında (iletkenin ekseninde) mümkün olan en az miktara ulaşır.
Bu fenomenin şiddeti, alternatif akımın hattın içinden geçiş sıklığının artmasıyla artar ve tersine, azalmasıyla azalır, sonunda doğru akım (DC akımı – sıfır frekans) durumunda yüzey katmanı etkisinin etkisi sıfıra ulaşır. Hattın içinden geçen akım yoğunluğu tüm noktalarda eşit hale gelir.
Aşağıdaki şekiller, farklı frekanslarda alternatif akım taşıyan iletkenin içinden geçen elektrik akım yoğunluğunu göstermektedir:
Yüzey Etkisi Oluşumunun Nedeni
Bu olgunun oluşma nedeni sonuçta “Lenz Yasası” ile ilişkilendirilir. Açıktır ki, bir iletkenin içinden alternatif elektrik akımı geçerken, iç ve dışında eksenine paralel dairesel manyetik alanlar oluşur. Lenz yasasına göre, elektrik akımının zamanla değişen genliğiyle birlikte, yeni elektrik akımları bu sefer iletkenin içindeki manyetik alanın dik düzlemlerinde kapalı şekilde oluşur ve iletkenin içindeki bu akımlardan kaynaklanan manyetik alan, iletkenin içindeki ana akımdan kaynaklanan manyetik alanın değişimleriyle karşılaşır.
Alternatif akımın geçiş frekansı ne kadar yüksek olursa, bu olgunun oluşma şiddeti o kadar fazla ve hızlı olacaktır.
Yakınlık Etki 3
“Yakınlık Etki” terimi, elektrik akımı taşıyan komşu iletkenler arasındaki etkileşimi ve bu iletkenlerin içindeki akım yoğunluğunun elektromanyetik alanlar altında nasıl yoğunlaştığını açıklayan “Yüzey Etkisi” ile benzer kökene sahip bir olgudur.
“Yakınlık Etki”, iki komşu iletkenin birbirlerine yakın olmaları ve dış manyetik alanların etkisi altında olduklarında, akımlarının aynı yönde olması durumunda akım yoğunluklarının karşılıklı yüzeylerde artacağını ve ters yönde akımların yoğunluklarının karşılıklı yüzeylerde daha fazla odaklanacağını belirtir.
Cilt etkisi ve yakınlıkla ilgili ilişkiler ve nicelikler
Yüzey Etkisi ve Yakınlık Etki ile ilgili ilişkiler ve miktarlar, elektrik akımı frekansının artmasıyla “yakınlıkakınlık etkisinin daha belirgin hale geldiği gibi, matematiksel miktarlar ve ilişkiler tanımlanmıştır. Bu bölümde bazılarını tanıtacağız.
İlk olarak, iletkenin kesit yüzeyindeki akım yoğunluğunun dağılımı, yüzey katmanı etkisi nedeniyle, iletkenin dış yüzeyine yakın bölgelerde daha yüksek olacak şekilde azalırken, merkeze doğru yaklaştıkça azalır. Bu durum, akım frekansının artmasıyla daha belirgin hale gelir. Deneysel ilişkilere göre, iletkenin kesit yüzeyindeki akım yoğunluğu, frekansla artan bir şekilde eksponansiyel ve akım frekansının fonksiyonu olarak değişir. Aşağıdaki ilişki, iletkenin kesit yüzeyinden uzaklık açısından akım yoğunluğunu gösterir:
Yukarıdaki denklemde J0, iletkenin yüzey noktalarındaki akım yoğunluğunu (maksimum yoğunluk) ve δ, “Yüzey Akımının Nüfuz Derinliği” olarak adlandırılan bir miktarı temsil eder. slında, yüzey akımının nüfuz derinliği ile iletkenin yüzeyinden alınan mesafe arasındaki ilişki, iletkenin kesit yüzeyindeki akım yoğunluğunu %37’sine ulaşır. Aşağıdaki ilişkiler, yüzey akımının nüfuz derinliği noktasına kadar iletilen akım miktarının kesit yüzeyinden itibaren toplam akımın %63’ünü oluşturduğunu gösterir.
Dipnot:
1- Skin Effect
2- Lenz’s Law
3- Proximity Effect
