A calculadora de profundidade da pele ajuda a determinar até que ponto uma corrente alternada penetra em um condutor.
Essa profundidade, chamada profundidade de pele, depende da frequência, resistividade e permeabilidade do material.
É essencial para o projeto de condutores, antenas e circuitos de RF, onde a distribuição de corrente afeta as perdas e a eficiência.
Fórmula usada
δ = √(ρ / (π × f × μ₀ × μ r ))
Ou :
δ = profundidade da pele (m)
ρ = resistividade do material (Ω·m)
f = frequência do sinal (Hz)
μ₀ = permeabilidade ao vácuo (H/m)
μ r = permeabilidade relativa do material
Explicação
A profundidade da pele indica até que ponto a corrente alternada pode penetrar em um condutor.
Maior frequência ou maior permeabilidade reduzem esta profundidade, concentrando a corrente perto da superfície e aumentando as perdas.
Esta informação é crucial para cabos, circuitos de RF e componentes onde a resistência efetiva depende da distribuição de corrente.
Usar
Esta ferramenta é usada por engenheiros de RF, projetistas de circuitos e técnicos para:
- Avalie perdas em condutores de alta frequência.
- Escolha o material apropriado para cabos e antenas.
- Otimize o projeto do circuito e minimize os efeitos de resistência superficial.
Exemplo de cálculo
Para um condutor de cobre (ρ = 1,678 μΩ cm, μ r ≈ 1) na frequência de 2 GHz :
Converter ρ em Ω·m: ρ = 1,678 × 10⁻⁸ Ω·m
δ = √(1,678 × 10⁻⁸ / (π × 2×10⁹ × 4π×10⁻⁷ × 1)) ≈ 1,46 μm
A corrente, portanto, penetra até aproximadamente 1,46 μm na superfície do cobre.
Dicas de cálculo
- Verifique a unidade de frequência (MHz ou GHz) antes do cálculo.
- Para materiais personalizados, insira corretamente a resistividade e a permeabilidade relativa.
- Em alta frequência, a profundidade da pele torna-se muito rasa; leve isso em consideração no projeto de condutores e traços de PCB.
Por que esse cálculo é importante
Conhecer a profundidade da pele permite prever as perdas Joule e dimensionar corretamente os condutores em circuitos de RF e microondas.
Também ajuda a comparar diferentes materiais e otimizar a eficiência de sistemas de alta frequência.
Benefícios
- Avaliação rápida da penetração de corrente em um condutor.
- Permite escolher o material mais adequado para minimizar perdas.
- Aplicável a todas as faixas de frequência, de MHz a GHz.
Resultado esperado: profundidade da película δ expressa em μm (ou nm se for muito pequena), indicando a distância que a corrente alternada atravessa o material.