¿Qué es el efecto piel?

La profundidad de la piel del cobre en la ingeniería eléctrica

Como se mencionó anteriormente, el efecto piel es donde la corriente alterna tiende a evitar viajar a través del 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 un flujo de electrones alterno, aumentando la resistencia de ese conductor por encima de lo que normalmente sería para la corriente continua:

Efecto de piel:la profundidad de la piel disminuye al aumentar la frecuencia.

La resistencia eléctrica del conductor con toda su área de sección transversal en uso se conoce como "resistencia CC". La "resistencia CA" del mismo conductor se refiere a una figura más alta resultante del efecto piel.

Como puede ver, a altas frecuencias, la corriente CA evita viajar 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 aprovecha este efecto. Dado que las corrientes de CA de radiofrecuencia ("RF") no pasarían por el medio de un conductor de todos modos, ¿por qué no usar simplemente varillas metálicas huecas en lugar de cables metálicos sólidos y ahorrar tanto peso como costo? (Consulte la figura a continuación).

La mayoría de las estructuras de antena y los conductores de potencia de RF están hechos de tubos metálicos huecos por este motivo.

En la siguiente fotografía, puede ver algunos inductores grandes utilizados en un circuito de transmisión de radio de 50 kW. Los inductores son tubos de cobre huecos recubiertos con plata, para una excelente conductividad en la "piel" del tubo:

Inductores de alta potencia formados a partir de tubos huecos.

Cómo el calibre del cable afecta la frecuencia y la resistencia efectiva

El grado en que la frecuencia afecta la resistencia efectiva de un conductor de alambre sólido se ve afectado por el calibre de ese alambre. Como regla general, los cables de calibre grande exhiben un efecto de piel más pronunciado (cambio en la resistencia de CC) que los cables de calibre pequeño a cualquier frecuencia dada.

La ecuación para aproximar el efecto de piel a altas frecuencias (mayores de 1 MHz) es la siguiente:

La siguiente tabla proporciona valores aproximados del factor "k" para varios tamaños de cables redondos. factor "k" para varios tamaños de cable AWG.

tamaño de calibre factor k tamaño de calibre factor k 4 / 0124.5834.82 / 099.01027.61 / 088.01417.6269.81810.9455.5226.86647.9--

Por ejemplo, una longitud de cable de calibre 10 con una resistencia de extremo a extremo de CC de 25 Ω tendría una resistencia de CA (efectiva) de 2.182 kΩ a una frecuencia de 10 MHz:

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