Calcolatore della profondità della pelle

Il calcolatore della profondità della pelle aiuta a determinare fino a che punto una corrente alternata penetra in un conduttore.
Questa profondità, detta profondità della pelle, dipende dalla frequenza, dalla resistività e dalla permeabilità del materiale.
È essenziale per la progettazione di conduttori, antenne e circuiti RF, dove la distribuzione della corrente influisce sulle perdite e sull’efficienza.

μΩ·cm

Formula utilizzata

δ = √(ρ / (π × f × μ₀ × μ r ))

O :
δ = profondità della pelle (m)
ρ = resistività del materiale (Ω·m)
f = frequenza del segnale (Hz)
μ₀ = permeabilità al vuoto (H/m)
μ r = permeabilità relativa del materiale

Spiegazione

La profondità della pelle indica quanto la corrente alternata può penetrare in un conduttore.
Una frequenza più elevata o una maggiore permeabilità riducono questa profondità, concentrando la corrente vicino alla superficie e aumentando le perdite.
Queste informazioni sono cruciali per cavi, circuiti RF e componenti in cui la resistenza effettiva dipende dalla distribuzione della corrente.

Utilizzo

Questo strumento viene utilizzato da ingegneri RF, progettisti di circuiti e tecnici per:

  • Valutare le perdite nei conduttori ad alta frequenza.
  • Scegli il materiale appropriato per cavi e antenne.
  • Ottimizza la progettazione del circuito e minimizza gli effetti della resistenza superficiale.

Esempio di calcolo

Per un conduttore di rame (ρ = 1.678 μΩ cm, μ r ≈ 1) ad una frequenza di 2 GHz :
Converti ρ in Ω·m: ρ = 1,678 × 10⁻⁸ Ω·m
δ = √(1,678 × 10⁻⁸ / (π × 2×10⁹ × 4π×10⁻⁷ × 1)) ≈ 1,46 μm
La corrente penetra quindi fino a circa 1,46 μm sulla superficie del rame.

Suggerimenti per il calcolo

  • Controllare l’unità di frequenza (MHz o GHz) prima del calcolo.
  • Per materiali personalizzati, inserire correttamente la resistività e la relativa permeabilità.
  • Ad alta frequenza, la profondità della pelle diventa molto superficiale; tenerne conto nella progettazione dei conduttori e delle tracce del PCB.

Perché questo calcolo è importante

Conoscere la profondità della pelle consente di prevedere le perdite Joule e di dimensionare correttamente i conduttori nei circuiti RF e a microonde.
Aiuta anche a confrontare diversi materiali e a ottimizzare l’efficienza dei sistemi ad alta frequenza.

Vantaggi

  • Valutazione rapida della penetrazione di corrente in un conduttore.
  • Permette di scegliere il materiale più adatto per ridurre al minimo le perdite.
  • Applicabile a tutte le gamme di frequenza, da MHz a GHz.

Risultato atteso: profondità della pelle δ espressa in μm (o nm se molto piccola), che indica la distanza percorsa dalla corrente alternata attraverso il materiale.