Hallo ich habe mal eine Frage zum Skin-Effekt.
Durch den Skin-Effekt kann der Strom bei einer bestimmten Frequenz, nur
bis zur einer bestimmten Tiefe in einen Leiter eindringen. So z.B. gibt
Wikipedia bei der Frequenz von 100 kHz eine Skin-Tiefe von 0,21 mm an.
Meine Frage ist nun:
Ist der Übergang zwischen dem leitenden und nicht leitenden Bereich
abrupt oder fließend?
Oder nochmal in Bezug auf mein oben genanntes Beispiel:
Kann man bei 100 kHz (Sinus) bei einem elektrischen Leiter bis zu einer
Tiefe von 0,21 mm nur vom Spezifischem Widerstand des Leiters ausgehen,
oder macht sich der Skin-Effekt auch schon da bemerkbar.
"fließend", und zwar exponentiell
Wenn dein Leiter genau eine Skintiefe tief ist, dann ergibt sich ein
höherer Widerstand, weil der Leiter schon nicht mehr homogen
durchflossen wird. Ist dein Leiter mehrere Skintiefen tief, dann kannst
du mit genau 0,21 mm rechnen.
Nee, das ist nicht abrupt. Das Bild auf Wiki zeigt es doch recht
anschaulich: außen fließt viel Stom und nach innen hin weniger. Deswegen
heißt das ja auch äquivalente Leitschichtdicke. Wenn du rechnest verhält
sich der Leiter so als hätte er nur einen Ring mit den 0,21 mm.
Tatsächlich fließt aber auch innerhalb des gedachten Ringes noch Strom,
nur nicht mehr so viel. Dafür fließt außerhalb des Ringes schon weniger
als man vermuten könnte.
Ich bin da auch erst vor einigen Tagen drüber gestolpert und mir einer
gesagt hat dass ich auch bei 50 Hz Probleme mit dem Skin Effekt haben
kann. Das hab ich zunächst nicht geglaubt, aber durch die hohen Ströme
war das dann tatsächlich der Fall. Man lernt halt nie aus...
Wie ist das eigentlich bei einem hohlen Leiter (z.B. Rohr)? Dringt da
der Strom von außen und innen jeweils gleich weit ein? Wäre ja ein
Vorteil gegenüber einem massiven Leiter.
gfunk schrieb:> Wie ist das eigentlich bei einem hohlen Leiter (z.B. Rohr)? Dringt da> der Strom von außen und innen jeweils gleich weit ein? Wäre ja ein> Vorteil gegenüber einem massiven Leiter.
Woher soll das innere Feld kommen?
(Datum zur Kenntnis genommen)
gfunk schrieb:> Wie ist das eigentlich bei einem hohlen Leiter (z.B. Rohr)? Dringt da> der Strom von außen und innen jeweils gleich weit ein? Wäre ja ein> Vorteil gegenüber einem massiven Leiter.
Der Strom dringt nur von außen ein -- ob das Innere hohl oder massiv
ist, ist dabei egal.
Der Vorteil gegenüber einem massivem Leiter ist, dass die Materialkosten
für Luft geringer sind als für Kupfer -- oder Gold.
@ Achim Hensel (anymouse)
>Der Vorteil gegenüber einem massivem Leiter ist, dass die Materialkosten>für Luft geringer sind als für Kupfer -- oder Gold.
Und die Masse!
gfunk schrieb:> Wie ist das eigentlich bei einem hohlen Leiter (z.B. Rohr)? Dringt da> der Strom von außen und innen jeweils gleich weit ein? Wäre ja ein> Vorteil gegenüber einem massiven Leiter.
Deshalb hat man Hohlleiter erfunden. ;)
Aha. Ich habe auch von Messing gehört, das man im HF-Bereich mit Silber
beschichtet. Ist dann wohl der selbe Grund, oder? Innen billiges
Material, und da wo der Strom fließt bis zur Eindringtiefe was Gutes,
mit hoher Leitfähigkeit.
Und was mir gerade noch auffällt: wegen des exponentiellen Verlaufs
sollte die Silberschicht dann wohl ein Vielfaches der Eindringtiefe
betragen. Geht ja aus dem zweiten Beitrag von Bernhard (s.o.) hervor.
Leroy M. schrieb:>> Wie ist das eigentlich bei einem hohlen Leiter (z.B. Rohr)? Dringt da>> der Strom von außen und innen jeweils gleich weit ein? Wäre ja ein>> Vorteil gegenüber einem massiven Leiter.>> Deshalb hat man Hohlleiter erfunden. ;)
Aber nicht aus dem zitierten Grund, sondern rein aus Materialersparnis
gfunk schrieb:> Aber nicht aus dem zitierten Grund, sondern rein aus Materialersparnis
Und aus Gewichtsgründen weil man in Flugzeugen nicht unbedingt
Vollmaterial mag.
gfunk schrieb:> Und was mir gerade noch auffällt: wegen des exponentiellen Verlaufs> sollte die Silberschicht dann wohl ein Vielfaches der Eindringtiefe> betragen.
Jein. So pauschal kann man das nicht sagen. Die Eindringtiefe ist eine
willkürlich gewählte Grenze an der die Zahl angegeben wird. Das ist das
was Stephan S. (outsider) mit "äquivalenter Leitschichtdicke" gemeint
ist. Die Eindringtiefe ist die Lage der 50% Linie im Leiter (50% im
Inneren, 50% im Äußeren des Leiters). Wenn es deine Anforderung erfüllt,
dann können es auch nur ein paar µm Silber sein. Völlig undurchflossen
ist das Innerste vom Leiter nie (zumindest bis in den
Teraherzt-Bereich). Das Vollmaterial ist immer ein besserer Leiter als
der Hohlleiter. Aber man kann es eben akzeptieren (je nach Anwendung).
Aber du hast natürlich recht, je mehr Silber desto besser ist das.
Unqualifizierte Zwischenfrage: Aus welchem Grund nimmt man für
HF-Anwendungen Koax-Kabel? Der Skineffekt (dachte ich bisher...) ist es
dann wohl eher nicht.
Stephan S. schrieb:> Ich bin da auch erst vor einigen Tagen drüber gestolpert und mir einer> gesagt hat dass ich auch bei 50 Hz Probleme mit dem Skin Effekt haben> kann. Das hab ich zunächst nicht geglaubt, aber durch die hohen Ströme> war das dann tatsächlich der Fall. Man lernt halt nie aus...
Könnte aber auch ein rein magnetischer Stromverdrängungseffekt sein, bei
bestimmten Anwendungen (z.B. Läufer von Asynchronmotoren spielt das eine
Rolle, deswegen gibt es diese Doppelstabläufer). Der Effekt müßte sich
auch bei geraden Leitern auswirken.
Koaxleitungen werden einfach deshalb verwendet, weil sie nach aussen
feldfrei sind. Das Feld befindet sich zwischen Zentralleiter und Mantel.
Ausserdem sind sie über einen weiten Frequenzbereich verwendbar,
während Hohlleiter eine Mindestfrequenz haben, und eigentlich (wenn man
Hohlleitermoden vermeiden will) nur in einem bestimmten Frequenzband
betrieben werden können.
cassini schrieb:> Stephan S. schrieb:>> Ich bin da auch erst vor einigen Tagen drüber gestolpert und mir einer>> gesagt hat dass ich auch bei 50 Hz Probleme mit dem Skin Effekt haben>> kann. Das hab ich zunächst nicht geglaubt, aber durch die hohen Ströme>> war das dann tatsächlich der Fall. Man lernt halt nie aus...
Der Effekt ist allerdings unabhängig vom Strom, nur von der Frequenz.
Bernd schrieb:> Unqualifizierte Zwischenfrage: Aus welchem Grund nimmt man für> HF-Anwendungen Koax-Kabel? Der Skineffekt (dachte ich bisher...) ist es> dann wohl eher nicht.https://de.wikipedia.org/wiki/Koaxialkabel
mfg klaus
gfunk schrieb:> Ich habe auch von Messing gehört, das man im HF-Bereich mit Silber> beschichtet. Ist dann wohl der selbe Grund, oder?
Ja, wobei der Unterschied nicht so gravierend ist, weil bei schlechteren
Leitern die Eindringtiefe größer ist.
Stephan S. schrieb:> mir einer> gesagt hat dass ich auch bei 50 Hz Probleme mit dem Skin Effekt haben> kann.
Bei 50Hz beträgt die Eindringtife für Cu 9,38 mm
(https://de.wikipedia.org/wiki/Skin-Effekt).
Bei den grossen Querschnitten, die in der Energietechnik üblich sind,
kann der Skineffekt also schon eine Rolle spielen, zumal die
Widerstanderhöhung auch eine stärkere Erwärmung des Leiters zur Folge
hat.
Aus diesem Grund nimmt man dann auch keine quadratischen oder runden
Profile, sondern flache Bänder.
Bei einem elektrisch und mechanisch vorgegeben Querschnitt kann man den
Einfluß des Skineffekts stark reduzieren, indem man, wie bei HF-Litze,
einige bis viele dünnere und voneinander isolierte Leiter verwendet.
gfunk schrieb:> Wie ist das eigentlich bei einem hohlen Leiter (z.B. Rohr)? Dringt da> der Strom von außen und innen jeweils gleich weit ein?
Deine Frage ist nicht eindeutig.
Bei Rohren kann der Energietransport aussen, vorzugsweise bei niedrigen
Frequenzen (100kHz), erfolgen, oder bei sehr hohen Frequenzen
(GHz-Bereich) im Innern (Hohlleiter).
Beide Male sorgt jedoch der Skineffekt dafür, dass nur eine dünne
Metallschicht leitet.
Dieter schrieb:> Hohlleiter wird haeufig verwendet, wenn 90% Material gespart werden kann> bei weniger als 30% Widerstandserhoehung.
Meinst du jetzt einen hohlen Leiter (da könnte man das nachvollziehen)
oder einen Hohlleiter wie in der Mikrowellentechnik (da würde mich der
Rechengang interessieren)?
cassini schrieb:> ...Könnte aber auch ein rein magnetischer Stromverdrängungseffekt sein, ...
Wo ist der Unterschied? Ich war der Meinung, es gäbe keinen.
Günter R. schrieb:> Dieter schrieb:>> Hohlleiter wird haeufig verwendet, wenn 90% Material gespart werden kann>> bei weniger als 30% Widerstandserhoehung.>> Meinst du jetzt einen hohlen Leiter (da könnte man das nachvollziehen)> oder einen Hohlleiter wie in der Mikrowellentechnik (da würde mich der> Rechengang interessieren)?
Beide Fälle sind diametrial. Beim hohlen Leiter wird berechnet, wie viel
Material im inneren weggelassen werden kann. Beim Hohlleiter wird
berechnet, wie viel "Wanddicke" beim Hohlleiter mindestens vorhanden
bzww. belassen werden sein muss. Die Berechnungsergebnisse können auf
den anderen Fall übertragen werden.
