Трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем
The authors consider the aspects of electric current distribution in electrically conductive anisotropic medium and establish how geometrical factors affect its longitudinal and transverse components.In the case of an a×b×с rectangular plate, its selected crystallographic axes are located on the pla...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.5-6.28 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1867569671187726336 |
|---|---|
| author | Аshcheulov, Anatolii Derevianchuk, Mykola Lavreniuk, Dmytrо Romaniuk, Igor |
| author_facet | Аshcheulov, Anatolii Derevianchuk, Mykola Lavreniuk, Dmytrо Romaniuk, Igor |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Anatolii Аshcheulov",
"institution": "Institute of Thermoelectricity of NAS and MES of Ukraine, Chernivtsy, Ukraine"
},
{
"author": "Mykola Derevianchuk",
"institution": "Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, Chernivtsy, Ukraine"
},
{
"author": "Dmytrо Lavreniuk",
"institution": "Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, Chernivtsy, Ukraine"
},
{
"author": "Igor Romaniuk",
"institution": "Plant \"Quartz\", Chernivtsy, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Аshcheulov, Anatolii |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-09T12:20:07Z |
| description | The authors consider the aspects of electric current distribution in electrically conductive anisotropic medium and establish how geometrical factors affect its longitudinal and transverse components.In the case of an a×b×с rectangular plate, its selected crystallographic axes are located on the plane of the side face a×b, whereas one of these axes is oriented at an angle α to the edge a. Applying a certain potential difference to the upper and lower end faces of the plate causes the appearance of longitudinal and transverse components of the internal electric current. The paper demonstrates the possibility of transforming the magnitude of the electric current and a way to optimize this magnitude.The transformation coefficient of such a device is determined by the anisotropy of the electrical conductivity of the plate and the coefficient of its shape k = a/b. The authors consider a few versions of anisotropic dielectric transformer design and offer their equivalent electric circuits. Another suggested transformer design is spiral in shape, compact and is characterized by high transformation coefficient value n. For example, at external radius r1 = 12,5 mm, internal radius r2 = 2 mm, height b = 2 mm and plate thickness c = 2,0 mm, its transformation coefficient n = 103.The information is given on existing monocrystalline and artificial anisotropic materials that can be used for the proposed device. High-temperature superconducting materials characterized by a high value of residual resistance anisotropy hold special promise in this case.Using the described transformation effect will significantly expand the possibilities of practical application of the considered electroohmic phenomenon. This will lead to the emergence of a new generation of devices for microwave technology, electronics and power engineering. |
| doi_str_mv | 10.15222/TKEA2020.5-6.28 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:30:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 5–628 ISSN 2309-9992 (Online)
ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА: ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ
1
УДК 537.29
Д. т. н. А. А. АЩЕУЛОВ1, Н. Я. ДЕРЕВЯНЧУК2, Д. А. ЛАВРЕНЮК2 , к. т. н. И. С. РОМАНЮК3
Украина, г. Черновцы, Институт термоэлектричества1, ЧНУ им. Ю. Федьковича2, Завод «Кварц»3
E-mail: ashcheulovaa@rambler.ru, m.derevianchuk@ukr.net
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
АНИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ СРЕДОЙ
В настоящее время согласование источников и по-
требителей электрической энергии переменного тока
осуществляется с помощью трансформаторов. Работа
этих устройств основана на явлениях электромагнит-
ной индукции и трансформации [1]. Наряду с этим
также известен и эффект электроомической транс-
формации, основанный на использовании особенно-
стей поперечных эффектов анизотропных электро-
проводных сред [2]. Их применение позволило пред-
ложить новое поколение высокотоковых термоэлек-
трических преобразователей тепловой энергии, ха-
рактеризуемых повышенными значениями коэффи-
циента полезного действия.
В [3] представлена оригинальная конструкция
трансформатора для внешнего источника постоян-
ного электрического тока на основе прямоуголь-
ной пластины из анизотропного электропроводно-
го материала, на определенных гранях которой вы-
полнены соответствующим образом расположен-
ные и электрически подключенные р–п-переходы.
Экспериментальные исследования этого устройства
показали, что его коэффициент трансформации мо-
жет принимать значения как больше, так и меньше
единицы, однако при этом наблюдается нелинейная
зависимость между входными и выходными характе-
ристиками, обусловленная влиянием р–п-переходов.
Трансформация переменного электрического тока в
этом случае невозможна.
В настоящей работе представлена физическая мо-
дель оригинального принципа трансформации пе-
ременного электрического тока с линейной зависи-
мостью входных и выходных характеристик, позво-
ляющая значительно расширить практические воз-
можности в современной электроэнергетике, элек-
тронике, приборостроении, а также в других обла-
стях нау ки и техники.
Рассмотрены особенности распределения электрического тока в анизотропных электропроводных средах и
установлены зависимости его продольной и поперечной составляющих от геометрических факторов. Показана
возможность трансформации величины электрического тока и проанализированы основные методы ее опти-
мизации. Предложено два варианта конструкции анизотропных трансформаторов и проведена соответству-
ющая оптимизация их коэффициента трансформации.
Ключевые слова: электропроводность, электрический ток, анизотропия, трансформатор, коэффициент
трансформации.
Уравнение трансформации электрического тока
в анизотропных электропроводных средах
В общем случае тензор электропроводности
анизотропной электропроводной среды в условиях,
когда его главные кристаллографические оси σ11, σ22
и σ33 совпадают, соответственно, с осями 0X, 0Y и 0Z
выбранной лабораторной системы координат 0XYZ,
имеет следующий вид [4]:
. (1)
Если вектор внешнего электрического поля ,
накладываемый на среду, ориентирован вдоль какой-
либо ее главной кристаллографической оси, напри-
мер σ22, которая совпадает с осью 0Y, то в объеме
среды электрический ток возникает только в этом
направлении:
, (2)
в других кристаллографических направлениях сре-
ды ток не наблюдается.
Иная ситуация складывается в случае, когда век-
тор электрического поля располагается в плоскости,
образованной кристаллографическими осями σ11 и
σ22, одна из которых, например σ11, ориентирована
под углом α к оси 0Х лабораторной системы коор-
динат (рис. 1, а). Такое размещение осей позволяет
представить тензор в следующем виде:
. (3)
DOI: 10.15222/TKEA2020.5-6.28
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 5–6 29ISSN 2309-9992 (Online)
2
ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА: ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ
В этом случае тензор электропроводности ха-
рактеризируется наличием как продольной ( ), так
и поперечной ( ) составляющих.
Приложение с помощью внешних электродов
электрического поля с напряженностью, направлен-
ной вдоль оси 0Y, приводит к появлению как про-
дольной ( ), так и поперечной ( ) составляющих
плотности векторов электрического тока:
; (4)
. (5)
Оптимизация величин (4) и (5) по углу α —
— показывает, что их максималь-
ные значения наблюдаются при αопт = 45°, и в этом
случае
; (6)
. (7)
Перейдем к рассмотрению прямоугольной пласти-
ны размерами a×b×с, выполненной из материала, ко-
торый характеризуется анизотропией коэффициента
электропроводности , кристаллографические оси
σ11 и σ22 которой размещены в плоскости ее боковой
грани a×b (рис. 1, а), при этом одна из этих осей, на-
пример σ11, ориентирована под углом αопт = 45° к оси
0Х. Приложение к верхней и нижней граням (a×c)
некоторой разности потенциалов Uy вызывает про-
текание продольного (Iy) и поперечного (Ix) электри-
ческого тока:
(8)
(9)
Коэффициент трансформации такого устройства
равен
(10)
Следует отметить, что в этом случае возможна
трансформация как постоянного, так и переменного
электрического тока.
При этом эквипотенциальные линии трансформи-
рованного тока Ix наложены под углом β (рис. 1, б),
который определяется следующим образом:
. (11)
Коэффициентом преобразования материала ани-
зотропной пластины является величина , а
коэффициентом ее формы — b/а.
Конструктивные особенности
анизотропных трансформаторов переменного
электрического тока
В общем случае выбор конкретной конструкции
трансформатора на основе анизотропного электро-
проводного материала определяется как особенно-
стями физических явлений, происходящих в нем, так
и условиями его эксплуатации [5]. Один из возмож-
ных вариантов конструкции этого устройства, пред-
назначенного для трансформации переменного элек-
трического тока, приведен на рис. 2.
Основой этого устройства является трансформи-
рующий элемент в виде прямоугольной пластины 1
размерами a×b×с из анизотропного электропровод-
б)
σ22
σ11
σ22
σ11
Y
X0X0
α β γ
b
a
а)
Рис. 1. Распределение линий плотности трансформирован-
ного электрического тока в объеме пластины при различ-
ной ориентации кристаллографических осей:
а) α = αопт = 45°; б) γ = 45° — β
σ22
σ11
5
0
γ
Рис. 2. Схематическая конструкция анизотропного транс-
форматора переменного электрического тока:
1 — анизотропная пластина; 2 — диэлектрический слой;
3 — электропроводящие слои; 4, 5 и 6, 7 — входные и выход-
ные контакты соответственно
7
3
2
14
6
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 5–630 ISSN 2309-9992 (Online)
ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА: ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ
3
ного материала. Кристаллографические оси σ11 и σ22
расположены в плоскости ее грани a×b, при этом ось
σ11 располагается под углом αопт = 45°. Левая и пра-
вая грани b×c этой пластины содержат диэлектриче-
ские слои 2 с диэлектрический проницаемостью ε.
Наружные стороны этих слоев, в свою очередь, со-
держат электропроводящие слои 3, к которым прикре-
плены выходные электрические выводы 6, 7. Входные
электрические выводы 4, 5 располагаются на верхней
и нижней торцевых гранях пластины (а×c).
Такая конструкция трансформатора обеспечива-
ет равномерное распределение трансформируемого
электрического тока в объеме пластины 1 и предо-
храняет его от электрического шунтирования элек-
тропроводящими слоями 3.
Анализ распределения плотности трансформируе-
мых токов в объеме пластины показал, что ориентация
кристаллографической оси σ11 под углом αопт = 45° ве-
дет к некоторому искажению их эквипотенциальности,
а следовательно, и к уменьшению коэффициента транс-
формации. Чтобы этого избежать, ось σ11 необходимо
ориентировать под углом γ = αопт– β (рис. 1, б). В этом
случае линии плотности трансформируемых токов
искажаются, а величина коэффициента трансформа-
ции определяется следующим образом:
. (12)
Такое конструктивное решение позволяет устра-
нить искажения распределения электрических токов
в объеме пластины.
Эквивалентная схема электрического размещения
этого устройства относительно входных электриче-
ских выводов 4 и 5 представляет собой активное по
характеру сопротивление, величина которого равна
. (13)
Его выходное сопротивление относительно выво-
дов 6, 7 носит активно-емкостный характер, величи-
на которого определяется как
(14)
где
(15)
; (16)
ω = 2f ;
∆ — толщина диэлектрического слоя;
f — частота трансформируемого тока.
Таким образом, рассматриваемое устройство об-
ладает активным входным и активно-емкостным по
характеру сопротивлениями и может использовать-
ся для трансформации только переменных электри-
ческих токов.
Для увеличения коэффициента трансформации
устройства необходимо увеличивать размеры ани-
зотропной электропроводной пластины, являющей-
ся его основой, что значительно ограничивает его
практическое применение.
Указанное ограничение снимается в конструкции
трансформатора, представленной на рис. 3. Такое
устройство состоит из трансформирующего элемента
1 — свернутой в спираль пластины, выполненной из
анизотропного электропроводного материала, разме-
рами a×b×с, на одну из поверхностей которой (a×b)
нанесен электроизолирующий слой 8 толщиной ∆3.
Таким образом, трансформирующий элемент пред-
ставляет собою диск высотой b внешним радиусом
r1 и внутренним r2. На верхнюю и нижнюю поверх-
ности этого диска площадью нанесе-
ны диэлектрические слои 2 толщиной ∆1, на которые,
в свою очередь, нанесены электропроводящие слои
3 толщиной ∆2. Входные электроконтакты 4, 5 рас-
полагаются, соответственно, на внутренней (r2) и на
внешней (r1) сторонах спирали, выходные 6, 7 — на
электропроводящих слоях 3 поверхностей диска.
При данной конструкции коэффициент трансфор-
мации n3 устройства, длина пластины а и число вит-
ков N спирали связаны между собой следующими
соотношениями:
(17)
(18)
(19)
Сравним геометрические размеры устройств, вы-
полненных из анизотропной слоистой композиции на
основе серебра и хрома, конструкции которых при-
Δ2
Δ1
58
r2
Рис. 3. Анизотропный электропроводный трансформатор:
1 — трансформирующая анизотропная электропроводная пла-
стина, свернутая в спираль; 2 — диэлектрические слои; 3 —
электропроводные слои; 4, 5 и 6, 7 — входные и выходные кон-
такты соответственно; 8 — межвитковый электро изоляционный
слой толщиной ∆3
r1
321 64
7
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 5–6 31ISSN 2309-9992 (Online)
4
ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА: ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ
ведены на рис. 2 и 3, при одинаковых значениях ко-
эффициента трансформации n1 = n2 = 103.
Для конструкции, представленной на рис. 2, зна-
чение n1 = 103 обеспечивается при длине пласти-
ны a = 2100 мм, высоте b = 2 мм и ширине c = 2 мм.
В случае спирального трансформирующего элемен-
та, представленного на рис. 3, величина n2 = 103 до-
стигается при высоте диска b = 2 мм и внешнем ради-
усе r1 = 12,5 мм (внутренний r2 = 2 мм, толщина меж-
виткового электроизолирующего слоя ∆3=10–2 мм).
Как видно, спиральная конструкция трансформа-
тора позволяет значительно уменьшить его линей-
ные размеры при сохранении величины коэффици-
ента трансформации.
В качестве материалов для пластины мож-
но использовать как анизотропные монокристал-
лы на основе соединений А2В5 соответствующих
эвтектических сплавов c k = σ11/σ22 = 1,8—5 [6],
так и искусственно-анизотропные материалы с
k = 10—100, методика расчета которых приведена
в [7]. Перспективны также высокотемпературные
сверхпроводящие материалы, характеризуемые вы-
соким значением анизотропии остаточной электро-
проводности [8].
Заключение
Устройства на основе рассмотренного выше прин-
ципа электроомической трансформации могут ис-
пользоваться в качестве согласующих элементов раз-
личных систем с широкочастотными характеристи-
ками, а также узлов и блоков электроники, приборо-
строения, метрологии.
Вихревой характер электрических токов, проте-
кающих в объеме анизотропных пластин, создает
предпосылки для появления новых перспективных
подходов к созданию измерительной техники, ори-
гинальных генераторов миллиметрового и субмилли-
метрового диапазона длин волн. Приведенный прин-
цип трансформации расширит возможности их ис-
пользования в различных областях науки и техники.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Тамм И. Е. Основы теории электричества. Москва,
Ленинград, ОГИЗ, 1946, 660 с.
2. Анатычук Л. И. Термоэлементы и термоэлектрические
устройства. Киев, Наукова думка, 1979, 767 с.
3. Ащеулов А. А. и др. Преобразователь величины постоян-
ного тока. А.с. 1512457 СССР, 1989, Б.и. №12.
4. Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание
при помощи тензоров и матриц. Москва, Мир 1967, 286 с.
5. Ащеулов А. А. та ін. Процес трансформації електрики.
Пат. №151258 України, 2020, бюл. № 6.
6. Маренкин С. Ф., Трухан В. М. Фосириды, арсениды цинка
и кадмия. Минск, НАН Беларуси, 2010, 227 с.
7. Геращенко О. А., Иорданишвили Е. К., Губкин Т. С. и др.
Датчики теплового потока на основе искусственно-анизотропных
термоэлектрических материалов. ИФЖ, 1978, т. 35, № 2,
с. 228–233.
8. Tsuei C. C., Kirtley J. R. Pairing symmetry in cuprate
superconductors. Rev. Mod. Phys., 2000, vol. 72, iss. 4, pp. 969–1016.
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.72.969.
Дата поступления рукописи
в редакцию 18.08 2020 г.
А. А. АЩЕУЛОВ1, М. Я. ДЕРЕВ'ЯНЧУК2,
Д. А. ЛАВРЕНЮК2, І. С. РОМАНЮК3
Україна, м. Чернівці, 1Інститут термоелектрики,
2ЧНУ імені Юрія Федьковича, 3Завод «Кварц»
E-mail: ashcheulovaa@rambler.ru, m.derevianchuk@ukr.net
ТРАНСФОРМАЦІЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ
АНІЗОТРОПНИМ ЕЛЕКТРОПРОВІДНИМ СЕРЕДОВИЩЕМ
Розглянуто особливості розподілу електричного струму в анізотропному електропровідному середовищі і встановле-
но залежності його поздовжньої та поперечної складових від геометричних факторів.
У випадку пластини прямокутної форми розміром a×b×с кристалографічні осі розміщено в площині бічної грані a×b,
причому одну з цих осей орієнтовано під деяким кутом α до ребра a. Прикладання до верхньої і нижньої торцевих
граней пластини деякої різниці потенціалів приводить до появи поздовжньої та поперечної складових внутрішнього
електричного струму. Показано можливість трансформації величини електричного струму, а також спосіб опти-
мізації його величини.
Коефіцієнт трансформації такого пристрою визначається величиною анізотропії електропровідності матеріалу
пластини та коефіцієнтом її форми k = a/b. Розглянуто декілька варіантів конструкції анізотропного діелектричного
трансформатора та запропоновано їхні еквівалентні електричні схеми заміщення. Також запропоновано трансформа-
тор спіралеподібної конструкції, який характеризується високим значенням коефіцієнта трансформації n при його ма-
лих лінійних розмірах. Наприклад, при висоті b = 2 мм та зовнішньому радіусі r1 = 12,5 мм він характеризується коефі-
цієнтом трансформації n = 103.
Наведено інформацію про існуючі монокристалічні та штучні анізотропні матеріали, які можуть застосовуватися
для пропонованого пристрою. Перспективними тут вбачаються високотемпературні надпровідні матеріали, що ха-
рактеризуються високим значенням анізотропії залишкового опору.
УДК 537.29
DOI: 10.15222/TKEA2020.5-6.28
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 5–632 ISSN 2309-9992 (Online)
ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА: ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ
5
А. А. АSHCHEULOV1, M. Ya. DEREVIANCHUK2,
D. А. LAVRENIUK2, I. S. ROMANIUK3
Ukraine, Chernivtsi, 1Institute of Thermoelectricity of NAS and MES of Ukraine,
2Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, 3Plant ʺQuartzʺ
E-mail: ashcheulovaa@rambler.ru, m.derevianchuk@ukr.net
ELECTRIC CURRENT TRANSFORMATION BY ANISOTROPIC ELECTRICALLY
CONDUCTIVE MEDIUM
The authors consider the aspects of electric current distribution in electrically conductive anisotropic medium and establish
how geometrical factors aff ect its longitudinal and transverse components.
In the case of an a×b×с rectangular plate, its selected crystallographic axes are located on the plane of the side face a×b,
whereas one of these axes is oriented at an angle α to the edge a. Applying a certain potential diff erence to the upper and lower
end faces of the plate causes the appearance of longitudinal and transverse components of the internal electric current. The
paper demonstrates the possibility of transforming the magnitude of the electric current and a way to optimize this magnitude.
The transformation coeffi cient of such a device is determined by the anisotropy of the electrical conductivity of the plate and
the coeffi cient of its shape k = a/b. The authors consider a few versions of anisotropic dielectric transformer design and off er
their equivalent electric circuits. Another suggested transformer design is spiral in shape, compact and is characterized by
high transformation coeffi cient value n. For example, at external radius r1 = 12,5 mm, internal radius r2 = 2 mm, height b = 2 mm
and plate thickness c = 2,0 mm, its transformation coeffi cient n = 103.
The information is given on existing monocrystalline and artifi cial anisotropic materials that can be used for the proposed
device. High-temperature superconducting materials characterized by a high value of residual resistance anisotropy hold
special promise in this case.
Using the described transformation eff ect will signifi cantly expand the possibilities of practical application of the considered
electroohmic phenomenon. This will lead to the emergence of a new generation of devices for microwave technology, electronics
and power engineering.
Keywords: anisotropy, electrically conductive medium, electric current, transformer, transformation coeffi cient.
DOI: 10.15222/TKEA2020.5-6.28
UDC 537.29
REFERENCES
1. Tamm I. Ye. Osnovy teorii elektrichestva [Fundamentals
of the theory of electricity]. Moscow, Leningrad, OGIZ, 1946,
660 p. (Rus)
2. Anatychuk L. I. Termoelementy i termoelektricheskiye ustroys-
tva [Thermoelements and thermoelectric devices]. Kiyev, Naukova
dumka, 1979, 767 p. (Rus)
3. Ashcheulov A. A. et al. Preobrazovatel’ velichiny postoyannogo
toka [DC value converter]. A.s. 1512457 USSR, 1989. (Rus)
4. Nye J. F. Physical Properties of Crystals: Their Representation
by Tensors and Matrices. Clarendon Press, 1957, 322 p.
5. Аshcheulov А. А. et al. Electricity transformation process.
Pat. 151258 UA, 2020. (Ukr)
6. Marenkin S. F., Trukhan V. M. Fosiridy, arsenidy tsinka i
kadmiya [Fosirides, arsenides of zinc and cadmium]. Minsk, National
Academy of Sciences of Belarus, 2010, 227 р. (Rus)
7. Gerashchenko O. A., Iordanishvili Ye. K., Gubkin T. S. et al.
Heat fl ow sensors based on artifi cially anisotropic thermoelectric
materials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 1978,
vol. 35, no. 2, pp. 228–233. (Rus)
8. Tsuei C. C., Kirtley J. R. Pairing symmetry in cuprate supercon-
ductors. Rev. Mod. Phys., 2000, vol. 72, iss. 4, pp. 969–1016. https://
doi.org/10.1103/RevModPhys.72.969
Описание статьи для цитирования:
Ащеулов А. А., Деревянчук Н. Я., Лавренюк Д. А., Романюк
И. С. Трансформация электрического тока анизотропной
электро проводной средой. Техно логия и конструи рование в
электронной аппаратуре, 2020, № 5–6, с. 28–32. http://dx.doi.
org/10.15222/TKEA2020.5-6.28
Cite the article as:
Аshcheulov А. А., Derevianchuk M. Ya., Lavreniuk D. А.,
Romaniuk I. S. Electric current transformation by anisotropic
electrically conductive medium. Tekhnologiya i Konstruirovanie
v Elektronnoi Apparature, 2020, no. 5–6, pp. 28–32. http://dx.doi.
org/10.15222/TKEA2020.5-6.28
Використання описаного ефекту трансформації дозволить значно розширити можливості практичного застосу-
вання розглянутого електроомічного явища, що призведе до появи нового покоління приладів та пристроїв для НВЧ-
техніки, електроніки та електроенергетики.
Ключові слова: анізотропія, електропровідне середовище, електричний струм, трансформатор, коефіцієнт транс-
формації.
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-95 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-10T01:00:29Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/53/bd2baf849fe770f57b7c5d1aa19e2753.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-952026-06-09T12:20:07Z Electric current transformation by anisotropic electrically conductive medium Трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем Аshcheulov, Anatolii Derevianchuk, Mykola Lavreniuk, Dmytrо Romaniuk, Igor anisotropy electrically conductive medium electric current transformer transformation coefficient анізотропія електропровідне середовище електричний струм трансформатор коефіцієнт трансформації The authors consider the aspects of electric current distribution in electrically conductive anisotropic medium and establish how geometrical factors affect its longitudinal and transverse components.In the case of an a×b×с rectangular plate, its selected crystallographic axes are located on the plane of the side face a×b, whereas one of these axes is oriented at an angle α to the edge a. Applying a certain potential difference to the upper and lower end faces of the plate causes the appearance of longitudinal and transverse components of the internal electric current. The paper demonstrates the possibility of transforming the magnitude of the electric current and a way to optimize this magnitude.The transformation coefficient of such a device is determined by the anisotropy of the electrical conductivity of the plate and the coefficient of its shape k = a/b. The authors consider a few versions of anisotropic dielectric transformer design and offer their equivalent electric circuits. Another suggested transformer design is spiral in shape, compact and is characterized by high transformation coefficient value n. For example, at external radius r1 = 12,5 mm, internal radius r2 = 2 mm, height b = 2 mm and plate thickness c = 2,0 mm, its transformation coefficient n = 103.The information is given on existing monocrystalline and artificial anisotropic materials that can be used for the proposed device. High-temperature superconducting materials characterized by a high value of residual resistance anisotropy hold special promise in this case.Using the described transformation effect will significantly expand the possibilities of practical application of the considered electroohmic phenomenon. This will lead to the emergence of a new generation of devices for microwave technology, electronics and power engineering. Розглянуто особливості розподілу електричного струму в анізотропному електропровідному середовищі і встановлено залежності його поздовжньої та поперечної складових від геометричних факторів.У випадку пластини прямокутної форми розміром a×b×с кристалографічні осі розміщено в площині бічної грані a×b, причому одну з цих осей орієнтовано під деяким кутом α до ребра a. Прикладання до верхньої і нижньої торцевих граней пластини деякої різниці потенціалів приводить до появи поздовжньої та поперечної складових внутрішнього електричного струму. Показано можливість трансформації величини електричного струму, а також спосіб оптимізації його величини.Коефіцієнт трансформації такого пристрою визначається величиною анізотропії електропровідності матеріалу пластини та коефіцієнтом її форми k = a/b. Розглянуто декілька варіантів конструкції анізотропного діелектричного трансформатора та запропоновано їхні еквівалентні електричні схеми заміщення. Також запропоновано трансформатор спіралеподібної конструкції, який характеризується високим значенням коефіцієнта трансформації n при його малих лінійних розмірах. Наприклад, при висоті b = 2 мм та зовнішньому радіусі r1 = 12,5 мм він характеризується коефіцієнтом трансформації n = 103.Наведено інформацію про існуючі монокристалічні та штучні анізотропні матеріали, які можуть застосовуватися для пропонованого пристрою. Перспективними тут вбачаються високотемпературні надпровідні матеріали, що характеризуються високим значенням анізотропії залишкового опору.Використання описаного ефекту трансформації дозволить значно розширити можливості практичного застосування розглянутого електроомічного явища, що призведе до появи нового покоління приладів та пристроїв для НВЧ-техніки, електроніки та електроенергетики. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2020-12-27 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.5-6.28 10.15222/TKEA2020.5-6.28 Technology and design in electronic equipment; No. 5–6 (2020): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 28-32 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 5–6 (2020): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 28-32 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2020.5-6 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.5-6.28/86 Copyright (c) 2020 Anatolii Аshcheulov, Mykola Derevianchuk, Dmytrо Lavreniuk, Igor Romaniuk http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | анізотропія електропровідне середовище електричний струм трансформатор коефіцієнт трансформації Аshcheulov, Anatolii Derevianchuk, Mykola Lavreniuk, Dmytrо Romaniuk, Igor Трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем |
| title | Трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем |
| title_alt | Electric current transformation by anisotropic electrically conductive medium |
| title_full | Трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем |
| title_fullStr | Трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем |
| title_full_unstemmed | Трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем |
| title_short | Трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем |
| title_sort | трансформація електричного струму анізотропним електропровідним середовищем |
| topic | анізотропія електропровідне середовище електричний струм трансформатор коефіцієнт трансформації |
| topic_facet | anisotropy electrically conductive medium electric current transformer transformation coefficient анізотропія електропровідне середовище електричний струм трансформатор коефіцієнт трансформації |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.5-6.28 |
| work_keys_str_mv | AT ashcheulovanatolii electriccurrenttransformationbyanisotropicelectricallyconductivemedium AT derevianchukmykola electriccurrenttransformationbyanisotropicelectricallyconductivemedium AT lavreniukdmytro electriccurrenttransformationbyanisotropicelectricallyconductivemedium AT romaniukigor electriccurrenttransformationbyanisotropicelectricallyconductivemedium AT ashcheulovanatolii transformacíâelektričnogostrumuanízotropnimelektroprovídnimseredoviŝem AT derevianchukmykola transformacíâelektričnogostrumuanízotropnimelektroprovídnimseredoviŝem AT lavreniukdmytro transformacíâelektričnogostrumuanízotropnimelektroprovídnimseredoviŝem AT romaniukigor transformacíâelektričnogostrumuanízotropnimelektroprovídnimseredoviŝem |