Linea transmissionis est conductor qui portat vim electricam vel signa ab uno puncto ad alterum. Lineae transmissionis ex diversis materiis, formis et magnitudinibus fieri possunt, secundum applicationem et distantiam. Tamen, quando lineae transmissionis ad usum currentis alternati (AC) systematum, potest exhibere phenomenon quod dicitur effectus cutaneus, quod affectat suam operationem et efficientiam.
Effectus cutaneus definitur ut tendentia currentis AC ad distributionem inaequalem per sectionem transversalem conductoris, ita ut densitas currentis sit maxima iuxta superficiem cutis conductoris et diminuat exponentialiter versus nucleum. Hoc significat quod pars interna conductoris minus currentis portat quam pars externa, resultans in resistentia effectiva maioris conductoris.
Effectus cutaneus reducit aream transversalem effectivam conductoris disponibilem pro fluxu currentis, quod incrementat perdas virentias et calefactionem conductoris. Effectus cutaneus etiam causat mutationem in impedentia lineae transmissionis, quod affectat tensionem et distributionem currentis per lineam. Effectus cutaneus magis pronunciatur ad frequentiis altioribus, diametris majoribus, et conductivitatibus minoribus conductorum.
Effectus cutaneus non occurrere in currentibus directis (DC) systematis, quia currentis uniformiter fluunt per sectionem transversalem conductoris. Tamen, in systematis AC, praesertim his operantibus ad frequentiis altioribus sicut radio et microonde, effectus cutaneus potest habere impactus significativos in designum et analysin lineis transmissionis et aliorum componentium.
Effectus cutaneus causatur per interactionem campi magneticum generatum a currente AC cum ipso conductore. Ut demonstratur in figura infra, quando currentis AC fluit per conductor cylindricus, creavit campum magneticum circa et intra conductorem. Directio et magnitudo huius campi magnetici mutatur secundum frequentiam et amplitudinem currentis AC.
Secundum legem Faraday electromagneticam inductionis, campus magneticus mutans inducit campus electricum in conductore. Hic campus electricus, vicissim, inducit currentem oppositum in conductore, qui dicitur eddy current. Eddy currents circulant intra conductorem et opponuntur originali currenti AC.
Eddy currents sunt fortiores iuxta nucleum conductoris, ubi habent magis fluxum magneticum linkage cum originali currente AC. Itaque, creant campum electricum oppositum maiorem et reducunt densitatem currentis netam in nucleo. Porro, iuxta superficiem conductoris, ubi est minus fluxus magneticus linkage cum originali currente AC, sunt eddy currents tenuiores et campum electricum oppositum minorem. Itaque, est densitas currentis neta maior in superficie.
Hoc phenomenon resultat in distributione inaequali currentis per sectionem transversalem conductoris, cum plus currentis fluentis iuxta superficiem quam iuxta nucleum. Hoc cognoscitur ut effectus cutaneus in lineis transmissionis.
Unus modus quantificandi effectum cutaneum in lineis transmissionis est uti parametro qui dicitur profunditas cutanea vel δ (delta). Profunditas cutanea definitur ut profunditas sub superficie conductoris ubi densitas currentis decrescit ad 1/e (circa 37%) sui valoris in superficie. Quanto minor est profunditas cutanea, tanto gravior est effectus cutaneus.
Profunditas cutanea dependet ex pluribus factoribus, sicut:
Frequensia currentis AC: Frequensia altior significat mutationes celeriores in campo magnetico et eddy currents fortiores. Itaque, profunditas cutanea decrescit cum frequensia crescat.
Conductivitas conductoris: Conductivitas altior significat resistentiam minorem et facilem fluxum eddy currents. Itaque, profunditas cutanea decrescit cum conductivitas crescat.
Permeabilitas conductoris: Permeabilitas altior significat plus fluxus magneticum linkage et eddy currents fortiores. Itaque, profunditas cutanea decrescit cum permeabilitas crescat.
Forma conductoris: Diversae formae habent diversos factores geometricos qui affectant distributionem campi magnetici et eddy currents. Itaque, profunditas cutanea variat cum diversis formis conductorum.
Formula calculandi profunditatem cutaneam pro conductori cylindrico cum sectione transversali circulari est:
ubi:
δ est profunditas cutanea (in metris)
ω est frequensia angularis currentis AC (in radianis per secundum)
μ est permeabilitas conductoris (in henries per metrum)
σ est conductivitas conductoris (in siemens per metrum)
Exempli gratia, pro conductore cupreo cum sectione transversali circulari, operante ad 10 MHz, profunditas cutanea est:
Hoc significat quod tantum stratum tenue 0.066 mm iuxta superficiem conductoris portat plerumque currentem ad hoc frequensia.
Effectus cutanei possunt causare varios problemata in lineis transmissionis, sicut:
Incrementa perdarum virentiarum et calefactionis conductoris, quae reducunt efficientiam et fiduciam systematis.
Incrementa impedentiae et decrementa tensionis lineae transmissionis, quae affectant qualitatem signi et delivery potentiae.
Incrementa interferences electromagneticarum et radiationis a linea transmissionis, quae possunt affectare dispositiva et circuitus proxima.
Itaque, desiderabile est reducere effectum cutaneum in lineis transmissionis quantum possibile. Quaedam methodi quae possunt uti ad reducendum effectus cutaneos sunt:
Utendi conductoribus cum conductivitate altiore et permeabilitate minori, sicut cuprum vel argentum, vice ferri vel aceri.
Utendi conductoribus cum diametris minoribus vel areis transversalibus minoribus reducit differentiam inter densitates currentis in superficie et in nucleo.
Utendi conductoribus stratis vel textis vice solidis incrementat aream superficiei effectivam conductoris et reducit eddy currents. Specialis species conductoris strati dicta litz wire est designata ad minimandum effectum cutaneum per torsionem stratorum modo ut unusquisque stratus occupet diversas positiones in sectione transversali per longitudinem.
Utendi conductoribus cavis vel tubularibus vice solidis reducit pondus et costum conductoris sine affectatione significanti eius performance. Pars cava conductoris non portat multum currentis propter effectum cutaneum, itaque potest removeri sine affectatione fluxus currentis.
Utendi pluralibus conductoribus parallelis vice unius incrementat aream transversalem effectivam conductoris et reducit eius resistentiam. Hoc methodus etiam dicitur bundling vel transposition.
Reducendo frequensiam currentis AC incrementat profunditatem cutaneam et reducit effectum cutaneum. Tamen, hoc potest non esse feasibile pro aliquibus applicationibus quae requirunt signa alta frequensia.
Effectus cutaneus est phenomenon quod occurrit in lineis transmissionis quando currentis AC fluit per conductorem. Causat distributionem inaequalis currentis per sectionem transversalem conductoris, cum plus currentis fluentis iuxta superficiem quam iuxta nucleum. Hoc incrementat resistentiam et impedentiam effectivas conductoris et reducit eius efficientiam et performance.
Effectus cutaneus dependet ex pluribus factoribus, sicut frequensia, conductivitas, permeabilitas et forma conductoris. Potest quantificari utendo parametro qui dicitur profunditas cutanea, quae est profunditas sub superficie ubi densitas currentis decrescit ad 37% sui valoris in superficie.
Effectus cutaneus potest reduci utendo variis methodis, sicut utendo conductoribus cum conductivitate altiore et permeabilitate minori, diametris minoribus vel areis transversalibus minoribus, structura strata vel texta, forma cava vel tubularis, dispositionibus pluralibus parallelis, vel frequensiis minoribus.
Effectus cutaneus est conceptus importantis in ingeniaria electrica qui affectat designum et analysin lineis transmissionis et aliorum componentium quae utuntur currentibus AC. Debet considerari quando eliguntur species et magnitudines conductorum pro diversis applicationibus et frequentiis.
Declaratio: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
