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3.6: ¿Cuál es el efecto de la piel? La profundidad de la piel del cobre en ingeniería eléctrica

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    ¿Cuál es el efecto de la piel?

    Como se mencionó anteriormente, el efecto piel es donde la corriente alterna tiende a evitar el desplazamiento por el centro de un conductor sólido, limitándose a la conducción cerca de la superficie. Esto limita efectivamente el área del conductor de sección transversal disponible para transportar el flujo de electrones alternos, aumentando la resistencia de ese conductor por encima de lo que normalmente sería para la corriente continua: (Figura abajo)

    02067.png

    Efecto piel: la profundidad de la piel disminuye con la frecuencia creciente.

    La resistencia eléctrica del conductor con toda su área de sección transversal en uso se conoce como la “resistencia de CC”. La “resistencia AC” del mismo conductor se refiere a una cifra mayor resultante del efecto piel. Como puede ver, a altas frecuencias la corriente de CA evita el desplazamiento a través de la mayor parte del área de la sección transversal del conductor. Con el propósito de conducir corriente, ¡el cable también podría ser hueco!

    Conductores huecos en aplicaciones de RF

    En algunas aplicaciones de radio (antenas, sobre todo) se explota este efecto. Dado que las corrientes de CA de radiofrecuencia (“RF”) no viajarían a través de la mitad de un conductor de todos modos, ¿por qué no simplemente usar varillas de metal huecas en lugar de cables metálicos sólidos y ahorrar tanto peso como costos? (Figura abajo) La mayoría de las estructuras de antena y los conductores de potencia de RF están hechos de tubos metálicos huecos por esta razón.

    En la siguiente fotografía, se pueden ver algunos inductores grandes utilizados en un circuito transmisor de radio de 50 kW. Los inductores son tubos huecos de cobre recubiertos de plata, para una excelente conductividad en la “piel” del tubo:

    52013.jpg

    Inductores de alta potencia formados a partir de tubos huecos.

    Cómo el calibre de alambre afecta la frecuencia y la resistencia efectiva

    El grado en que la frecuencia afecta la resistencia efectiva de un conductor de cable sólido es impactado por el calibre de ese cable. Como regla general, los cables de gran calibre exhiben un efecto de piel más pronunciado (cambio en la resistencia de CC) que los cables de calibre pequeño en cualquier frecuencia dada. La ecuación para aproximar el efecto de piel a altas frecuencias (mayores de 1 MHz) es la siguiente:

    \[R_{A C}=\left(R_{D C}\right)(k) \sqrt{f} \label{1}\]

    donde

    • \(R_{AC}\)es la resistencia de CA a una frecuencia dada (\(f\))
    • \(R_{DC}\)es la resistencia a frecuencia cero (por ejemplo, CC)
    • \(k\)es el factor alambre-gague (ver tabla a continuación)
    • \(f\)es la frecuencia de CA en MHZ

    La siguiente tabla da valores aproximados del factor “k” para varios tamaños de alambre redondo.

    Cuadro 1: Factor “k” para varios tamaños de alambre AWG.

    aa.PNG

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

    ¿Cuál es la resistencia AC (efectiva) de una longitud de cable de calibre 10 con una resistencia de extremo a extremo CC de 25 Ω a una frecuencia de 10 MHz?

    Solución

    Esta es una aplicación directa de la Ecuación\ ref {1}

    \[\begin{align*} R_{A C} &=\left(R_{D C}\right)(k) \sqrt{f} \\[4pt] &=(25 \Omega)(27.6) \sqrt{10} \\[4pt] &=2.182 \mathrm{k} \Omega \end{align*}\]

    Por lo tanto, este cable tendría una resistencia AC (efectiva) de 2.182 kΩ.


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