전자기학
전자유도
표피효과
기출유사
도체에 흐르는 교류 주파수가 높아질 때 나타나는 표피효과(skin effect)에 대한 설명으로 옳은 것은?
- ① 전류가 도체 표면에 집중되고 침투깊이가 얇아진다 정답
- ② 전류가 도체 중심에 집중된다
- ③ 주파수와 무관하게 전류가 균일하다
- ④ 도체 저항이 감소한다
📖 해설
정답: 주파수가 높아지면 전류가 도체 표면에 집중되고 침투깊이 δ가 얇아진다.
① 표피효과란
도체에 교류가 흐르면 내부에 자속이 변하면서 중심부에 역기전력(맴돌이전류)이 커집니다. 그 결과 중심으로는 전류가 잘 안 흐르고 전류가 도체 바깥(표면)으로 밀려나 표면에 집중됩니다. 이를 표피효과라 합니다.
② 침투깊이(표피두께) δ
전류가 표면에서 약 37%로 줄어드는 깊이를 침투깊이라 하며, \[ \delta=\sqrt{\frac{2}{\omega\mu\sigma}}=\frac{1}{\sqrt{\pi f\mu\sigma}} \]즉 주파수 f, 투자율 μ, 도전율 σ가 클수록 δ는 작아지고(전류가 더 얇은 표피층에만 흐름) 표피효과는 커집니다.
③ 왜 저항이 커지나 (직관)
전류가 얇은 표피층에만 흐르면 실제로 전류가 통하는 유효 단면적이 줄어듭니다. 단면적이 작아지면 \(R=\rho l/A\)에서 실효저항 R이 증가합니다. 그래서 송전선에서는 표피효과로 교류 저항이 직류 저항보다 커지고, ACSR·중공도체·연선으로 완화합니다.
④ 암기 팁
"높은 주파수 = 표면만 사용" → f·μ·σ ↑ ⇒ δ ↓ ⇒ 표피효과 ↑ ⇒ R ↑. (반대로 직류 f=0이면 표피효과 없음, 전 단면 균일)
① 표피효과란
도체에 교류가 흐르면 내부에 자속이 변하면서 중심부에 역기전력(맴돌이전류)이 커집니다. 그 결과 중심으로는 전류가 잘 안 흐르고 전류가 도체 바깥(표면)으로 밀려나 표면에 집중됩니다. 이를 표피효과라 합니다.
② 침투깊이(표피두께) δ
전류가 표면에서 약 37%로 줄어드는 깊이를 침투깊이라 하며, \[ \delta=\sqrt{\frac{2}{\omega\mu\sigma}}=\frac{1}{\sqrt{\pi f\mu\sigma}} \]즉 주파수 f, 투자율 μ, 도전율 σ가 클수록 δ는 작아지고(전류가 더 얇은 표피층에만 흐름) 표피효과는 커집니다.
③ 왜 저항이 커지나 (직관)
전류가 얇은 표피층에만 흐르면 실제로 전류가 통하는 유효 단면적이 줄어듭니다. 단면적이 작아지면 \(R=\rho l/A\)에서 실효저항 R이 증가합니다. 그래서 송전선에서는 표피효과로 교류 저항이 직류 저항보다 커지고, ACSR·중공도체·연선으로 완화합니다.
④ 암기 팁
"높은 주파수 = 표면만 사용" → f·μ·σ ↑ ⇒ δ ↓ ⇒ 표피효과 ↑ ⇒ R ↑. (반대로 직류 f=0이면 표피효과 없음, 전 단면 균일)