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Der Skineffekt

Primärstrom I
Verstärkung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Abschwächung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Verstärkung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Magnetfeld H
Induktionsströme

Bild 1: Grafik zur Veranschaulichung des Skineffektes

Primärstrom I
Verstärkung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Abschwächung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Verstärkung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Magnetfeld H
Induktionsströme

Bild 1: Grafik zur Veranschaulichung des Skineffektes

Grafik zur Veranschaulichung des Skineffektes: Ein stilisierter dicker Draht: um die Mittelachse bildet sich in dem Inneren der Leitung ein Magnetfeld, dessen Feldlinien parallel zu dem Querschnitt der Leitung gezeichnet sind. Durch dieses Magnetfeld bilden sich senkrecht zu diesen Feldlinien Induktionsströme, die in der Nähe der Mittelachse dem verursachenden Stromfluss entgegengesetzt sind und die an der Leiteroberfläche die gleiche Richtung wie der verursachende Stromfluss haben. Dadurch wird an der Oberfläche der Leitung der Stromfluss verstärkt, im Inneren der Leitung abgeschwächt.
Primärstrom I
Verstärkung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Abschwächung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Verstärkung des
Primärstromes durch
den Skineffekt
Magnetfeld H
Induktionsströme

Bild 1: Grafik zur Veranschaulichung des Skineffektes

Der Skineffekt

Dass sich außerhalb von stromdurchflossenen Leitern ein Magnetfeld aufbaut, ist als bekannt vorauszusetzen. Auch im Innern eines Leiters baut sich ein Magnetfeld auf und wechselt periodisch seine Richtung. Durch die Änderung des Magnetfeldes werden aber Ströme erzeugt, die das Magnetfeld ringförmig umschließen. Dadurch schwächen sie den Primärstrom im Innern des Leiters nahe der Mittelachse, während die Wirbelströme in der Nähe der Oberfläche den Primärstrom verstärken.

Wechselströme werden durch die Bildung von Wirbelströmen im Leitungsinnern zur Leiteroberfläche verdrängt. Dieses Phänomen bezeichnet man als Skineffekt.

Wechselströme werden durch die Bildung von Wirbelströmen im Leitungsinnern zur Leiteroberfläche verdrängt. Dieses Phänomen bezeichnet man als Skineffekt.

Je höher die Frequenz ist desto stärker ist dieser Skineffekt ausgeprägt. Der Skineffekt verkleinert den effektiv genutzten Leitungsquerschnitt. Der Stromfluss ist auf eine dünne Schicht an den Oberflächen der Leiter begrenzt und nimmt exponentiell mit dem Abstand von der Oberfläche ab.

Durch die Verringerung des effektiv genutzten Leitungsquerschnittes erhöht sich der Widerstand der Leitung frequenzabhängig. Der frequenzabhängige Widerstand kann berechnet werden. Er ergibt sich zu:

Formel für die Abhängigkeit des Leitungswiderstandes von der Kreisfrequenz:
Der Widerstand R ist gleich dem Quotienten aus den Dividenden Drahtlänge l und dem Divisor Drahtradius;
dieser Quotient multipliziert mit der Wurzel aus dem Quotienten 
mit dem Dividenden Produkt aus der magnetischen Feldkonstante µ-(suffix:0), der Permeabilität µ-(suffix:r) und der Kreisfrequenz Omega;
und dem Divisor aus dem Produkt 4 mal Pi mal der Leitfähigkeit des Materials σ.

l  ist die Drahtlänge,
r  dessen Radius,
µ0  die magnetische Feldkonstante,
µr  die Permeabilität,
σ  die Leitfähigkeit des Materials und
ω  die Kreisfrequenz (ω=2πf).

Um die Auswirkungen des Skineffektes so klein wie möglich zu halten, werden in der HF- Technik Leiter mit möglichst großer Oberfläche eingesetzt (HF- Litze, Bandleiter usw.).