Скин-эффект – затухание электромагнитных волн по мере их проникновения в проводящую среду. Перейдем к описанию сущности явления. Постоянный ток распределяется равномерно по поперечному сечению прямолинейного проводника. У переменного тока благодаря индукционному взаимодействию различных элементов тока между собой происходит перераспределение плотности тока по поперечному сечению проводника, в результате чего ток сосредотачивается преимущественно в поверхностном слое проводника. Концентрация переменного тока вблизи поверхности проводника называется скин-эффектом. Рассмотрим цилиндрический проводник, по которому течет ток(рис.1).

Вокруг проводника с током имеется магнитное поле, силовые линии которого являются концентрическими окружностями с центром на оси проводника. Поэтому в каждой точке проводника производится ∂B/∂t направленная по касательной к линии индукции магнитного поля, и следовательно, линии ∂B/∂t также являются окружностями, совпадающими с линиями индукции магнитного поля. Изменяющееся магнитное поле по закону электромагнитной индукци rotE=-∂B/∂t  создает электрическое индукционное поле, силовые линии которого представляют замкнутые кривые вокруг линии индукции магнитного поля. Вектор напряженности индукционного поля в более близких к оси проводника областях направлен противоположно вектору напряженности электрического поля, создающего ток, а в более дальних - совпадают с ним. В результате плотность тока уменьшается в приосевых областях и увеличивается вблизи поверхности проводника, т.е. возникает скин-эффект.

Получим уравнение, описывающее скин-эффект. Будем исходить из уравнения Максвелла

Подставим в эти уравнеия значение для тока из закона Ома j=γE. и дифференцируя обе части полученного уравнения по времени, находим

rot∂B/∂t=μγ∂E/∂t

или

-rotrotE=μγ∂E/∂t

 

 Поскольку rotrotE=graddivE - ∇² E, и divE=0, то получаем

 

Тогда получим

∂²E_x/∂y²=μγ∂E_x/∂t,

Поскольку величины гармонически зависят от t, то можно положить E_x(y,t)=E₀(y)exp(iωt), подставим это значение в предыдущее уравнение и получим

d²E₀/dy²=iμγωE₀

Общее решение будет записано в виде E₀=A₁exp(-ky)+A₂exp(ky), где k=√(iμγω)=α(1+i), α=√(μγω/2), получим E₀=A₁exp(-αy)exp(-iαy)+A₂exp(αy)exp(iαy).При удалении от поверхности проводника второе слагаемое неограниченно возрастает, что является физически недопустимой ситуацией. Следовательно остается только первое слагаемое. Тогда решение имеет вид

E_x(x,t)=A₁exp(-αy)exp(i(ωt-αy))

Взяв действительную часть этого выражения и перейдя к плотности тока, получим

j_x(y,t)=j₀exp(-αy)cos(ωt-αy)

Толщина скин-слоя. Объемная плотность тока максимальна у поверхности проводника. При удалении от поверхности она убывает и на расстоянии Δ=1/α становиться меньше в e раз. Поэтому практически весь ток сосредоточен в слое Δ, называемом толщиной скин-слоя. Она равна

Δ=(2/(μγω))^1/2

Скин-эффект проявляется у металлов, в плазме, ионосфере (на коротких волнах), в вырожденных полупроводниках и др. средах с достаточно большой проводимостью.

Скин-эффект часто нежелателен. В проводах переменный ток при сильном скин-эффекте протекает главным образом по поверхностному слою; при этом сечение провода не используется полностью, сопротивление провода и потери мощности в нём при данном токе возрастают. В ферромагнитных пластинах или лентах магнитопроводов трансформаторов, электрических машин и других устройств переменный магнитный поток при сильном скин-эффекте проходит главным образом по их поверхностному слою; вследствие этого ухудшается использование сечения магнитопровода, возрастают намагничивающий ток и потери в стали. «Вредное» влияние скин-эффекта ослабляют уменьшением толщины пластин или ленты, а при достаточно высоких частотах – применением магнитопроводов из магнитодиэлектриков.

С другой стороны, скин-эффект находит применение в практике. На скин-эффекте основано действие электромагнитных экранов. Так для защиты внешнего пространства от помех, создаваемых полем силового трансформатора, работающего на частоте 50 гц, применяют экран из сравнительно толстой ферромагнитной стали; для экранирования катушки индуктивности, работающей на высоких частотах, экраны делают из тонкого слоя Al. На Скин-эффекте основана высокочастотная поверхностная закалка стальных изделий.

Суть скин-эффекта заключается в том, что с повышением частоты ток вытесняется из толщи проводника на его поверхность. В техническом контексте значение английского слова skin — наружный слой, оболочка. Простейшим параметром, характеризующим скин-эффект, является отношение сопротивлений единицы длины кабеля по постоянному и переменному току (RAC/RDC).
Глубина, на которой плотность тока в 1/е раз меньше, чем на поверхности (см. рис.), называется скин-глубиной. Здесь е — это основание натурального логарифма и равно приблизительно 2,72. На низких частотах скин-глубина значительно больше радиуса, что означает равенство тока по всему сечению проводника. Влияние скин-эффекта может стать заметным, когда отношение становится значительно выше единицы. Мы говорим «может», потому что это произойдет только тогда, когда увеличение сопротивления проявится в заметном на слух изменении звучания. Для частот более 15 кГц отношение RAC/RDC становится равным 1,1 при использовании одножильного провода калибра 15.
Для многожильного провода, а только такие и используются для подключения акустики, говорить о конкретной величине скин-глубины очень сложно. Множественные переплетения и контакты между отдельными проводниками, образующими электропроводящую жилу не дают возможности точно рассчитать и оценить ее величину. В меньшей степени скин-эффект сказывается для многопроводного кабеля, каждый отдельный проводник жилы в котором имеет изоляционный слой, т. е. для литцендрата. У него по крайней мере можно теоретически точно просчитать величину площади поверхности, которая будет большей по отношению к одножильному при равной площади сечения. Кстати, широкое использование такого провода в катушках индуктивности радиоприемников (т. е. на высоких частотах) определялось именно малым скин-эффектом.