Explicación del efecto de la piel

No entiendo algunas cosas del Efecto Piel.

Su definición en Wikipedia es:

El efecto pelicular es la tendencia de una corriente eléctrica alterna (CA) a distribuirse dentro de un conductor de manera que la densidad de corriente sea mayor cerca de la superficie del conductor y disminuya con mayores profundidades en el conductor. La corriente eléctrica fluye principalmente en la "piel" del conductor, entre la superficie exterior y un nivel llamado profundidad de la piel. El efecto piel hace que la resistencia efectiva del conductor aumente a frecuencias más altas donde la profundidad de la piel es menor, reduciendo así la sección transversal efectiva del conductor.

Ahora tengo dos preguntas:

  1. ¿Me puedes explicar paso a paso el porqué “vectorial” del efecto piel? Si miro esta imagen y las líneas del campo eléctrico y magnético, no veo la causa del efecto piel.

    ingrese la descripción de la imagen aquí

  2. Para cuantificar el efecto de piel usamos la profundidad de piel δ . Pero de los cursos básicos de electromagnetismo sé que se define como la profundidad debajo de la superficie del conductor a la que se ha reducido una onda electromagnética incidente por 1 / mi , y es 0 para un conductor eléctrico perfecto, que actúa como una superficie reflectante perfecta.

Entonces, no entiendo por qué la profundidad de piel así definida está relacionada con el efecto piel, según la definición inicial de este último. Cuál es el vínculo entre estos dos fenómenos (la penetración de una onda EM incidente en un conductor real y la tendencia de una corriente alterna a fluir cerca de la superficie de un conductor).

Trataré de explicarlo cualitativamente, pero les aseguro que casi siempre es más fácil entender la física cuantitativamente, es decir, con las matemáticas.

Respuestas (1)

1) En la figura, para cualquier radio R , las corrientes inducidas I w están alineados con la corriente principal I , y por lo tanto se refuerzan mutuamente, para todos los puntos con r > R y se reducen unos a otros para r < R . Esto significa que, dado que las corrientes realmente fluyen en las direcciones que se indican en la figura, la intensidad de la corriente neta disminuirá en el medio del cable y se desplazará hacia las partes exteriores.

Dado que la relación entre I w y I incluir ω como multiplicando, a medida que aumenta la frecuencia de CA, la corriente se empuja cada vez más hacia la piel (gracias a la derivada del tiempo en la ley de Faraday).

2) En realidad, lo que recuerdas como profundidad de piel se llama profundidad de penetración .

Pero hay algunas similitudes: las ecuaciones de Maxwell tienen la misma forma ( ρ ≠ 0 , opcionalmente ϵ > 1 ,   m ≠ 1 ) para cualquier conductor no ideal excepto los campos externos. Las ecuaciones se resuelven para revelar que bajo estas suposiciones, los campos dentro del conductor muestran un decaimiento exponencial (esto es muy divertido de deducir).

Para una onda electromagnética externa , la onda incidente proviene del exterior del cable y trata de penetrar en el medio. Sin embargo, para la conducción, el sistema es impulsado externamente por una corriente . Por lo tanto, la corriente dentro de un cable pasa por el efecto de la piel , y un EMW tiene una profundidad de penetración .

¡Muchas gracias, ahora está todo claro!
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