电流是在电线表面还是电线中流动的，有何证明？

Question

如题所述

Answer 1

电流是在电线表面流动。

电流只在电线表面流动，电线中心的电子几乎不运动，电线是多股铜线，不是单根实心导线。在导线的两端施加电压，导体内部形成电场，产生电流。有直流电和交流电两大类，直流电电场方向不变，电荷单向运动；交流电电场方向周期性反转，运动方向和强度随周期性发生变化。  

 

直流电还是交流电，由于电荷运动，在导线内部及周围产生磁场。直流电的磁场方向好判断，右手抓握规则，大拇指和电流方向一致，另四个手指就是磁场方向；交流电磁场方向要复杂，交流电电流方向和强度不固定，电磁场也不断变化。

交流电场在导线中翻转，磁通量也在发生变化，法拉第定律显示，磁通量感应电动势，感应电动势在内部形成环形涡流。环形涡流是变化的电场，外侧与交流电方向相同，中轴区域形成反电动势，导体外表面电流加强，中间电流削弱，电流集中在电线表面，因此这种现象为趋肤效应。

趋肤效应使导体表面电流密度大，深度的增加，电流密度下降，有效横截面积变小，电阻增加。这层“皮肤”有多厚？

假设导体表面电流密度为1，内部为表面37%的深度δ，这个就是皮肤厚度。δ不是固定值，大小与相对磁导率 μr、介质电阻率 ρ、交变电流的频率 f 存在某种关系。对于同种材料电线，交流电流频率越高，δ越小；频率越低，δ越大。50Hz交流电流过铜质电缆，皮肤厚度达到9.2毫米。在10GHz微波电路中，电流集中在表面0.65微米的表层。

趋肤效应意义重大，高压线路设计，不能通过增加导线直径获得电流，铜导线直径超过2厘米，中心电流很少，造成材料浪费。输送电能，特高压输电采用相同的电缆提高效率。