Skineffekt

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Innerhalb einer stromdurchflossenen elektrischen Leitung baut sich - wie auch außerhalb - ein Magnetfeld auf. Fließt Wechselstrom durch einen Leiter, entsteht ein magnetisches Wechselfeld, welches innerhalb des Leiters Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme wirken dem Erzeugerfeld entgegen, mit dem Resultat, dass die Stromdichte zum Leiterinneren hin exponentiell abnimmt. Bei sehr dicken Leitern und/oder sehr hohen Frequenzen fließt der Strom im Wesentlichen in einer dünnen Oberflächenschicht. Daher die Bezeichnung Skin-Effekt (Skin = Haut).
In einer Tiefe von

\[ \delta= {1 \over \sqrt{ \pi f \mu_0 \mu_r \kappa}} \]

sind alle Felder auf 1/e = 37 % der an der Oberfläche vorhandenen Feldstärke abgesunken.
\( \delta \) nennt man Eindringmaß oder äquivalente Leitschichtdicke.

\( \mu_0 \) : Magnetische Feldkonstante Permeabilität des Vakuums
\( \mu_r \) : Permeabilitätszahl (früher: relative Permeabilität), gibt die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder an
\( \kappa \) : spezifische elektrische Leitfähigkeit


Die Felder werden nach jeweils nach \( 2,3 \,\delta \) um 10 dB abgeschwächt.
In der Praxis kann man bei Leitern der Dicke (bzw. Durchmesser) \( D >10 \, \delta \) annehmen, dass der Strom gleichmäßig verteilt in einer Oberflächenschicht der Dicke \( \delta \) fließt und der darunter liegende Bereich stromlos ist.

Äquivalente Leitschichtdicken häufig verwendeter Materialien in Abhängigkeit von der Frequenz

Äquivalente Leitschichtdicken bei ausgesuchten Frequenzen

Material 50 Hz 5 MHz 500 MHz 5 GHz
Silber 9,1 mm 29 µm 2,9 µm 0,91 µm
Kupfer 9,4 mm 30 µm 3,0 µm 0,94 µm
Aluminium 11,5 mm 36,5 µm 3,6 µm 1,2 µm
Eisen @ \( \mu_r =1,7 \cdot 10^3 \) 0,54 mm 1,7 µm 0,17 µm 54 nm
Titan 45 mm 142 µm 14,2 µm 4,5 µm
Mu-Metall @ \( \mu_r =84 \cdot 10^3 \) 182 µm 580 nm 58 nm 18 nm
1.4429 1,94 m 6,15 mm 615 µm 194 µm
1.4435 1,86 m 5,88 mm 588 µm 186 µm


Elektromagnetische Daten häufig verwendeter Materialien

Material \( \kappa \) \( \mu_r \)
Silber \(61 \cdot 10^6 S/m \) 1,0
Kupfer \(58 \cdot 10^6 S/m \) 1,0
Aluminium \(38 \cdot 10^6 S/m \) 1,0
Eisen \(10 \cdot 10^6 S/m \) 300 - 10.000
Titan \(2,5 \cdot 10^6 S/m \) 1,0
Mu-Metall \(1,82 \cdot 10^6 S/m \) 50.000 - 140.000
1.4429 \(0,00133 \cdot 10^6 S/m \) <1,005
1.4435 \(0,00133 \cdot 10^6 S/m \) <1,1