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表皮効果

表皮効果

表皮効果とは、交流電流が導体を流れる時に「電流密度」が導体の表面で高くなり表面から離れると低くなる現象のこと。

導体に流す電流の周波数が高くなればなるほど導体の中心部分へは電流が流れにくくなり、その結果、電流は導体の表面を流れるようになるためこの現象が起こります。
つまり、交流電流による電磁誘導の作用によって生じるため、周波数が高ければ高いほど、または導体の電気抵抗率が低ければ低いほど顕著となる現象です。

電流・電界が浸透する厚さの目安を「表皮厚」と呼びます。
金属板は電磁波に対する鏡の役割を果たします。そのため、電磁波は金属板に当たる時にその大部分は反射され、一部のみ金属板内部に浸透します。
電磁波は表面から離れるにしたがって急激に減衰します。
表面の電界に対して表面からの深さ約0.37倍となるところが「表皮厚」となります。

導体に交流電流を流した時に表面のみ電流が流れるため、より多くの電力を流したい時は表面積を大きくすることが必要になります。
その際、配線を太くしても耐電流を得られる効果はないため、導体の中を空洞にしたり配線を平たくしたりする必要があります。

また、高周波電力を流す時は単純に抵抗値を求めることはできません。
電流が流れる部分とその電流、さらに発熱によって変化する抵抗値を計算する必要があります。

表皮効果は、交流電力から電磁誘導によって発生する磁界と、誘導起電力と誘導電流により導体内部で渦電流が発生することで現われます。
つまり、導体の中心部分での渦電流の向きは電流を阻止する方向となり、導体の表面付近では電流を煽動する方向になるため表皮効果が発生します。

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