O efeito pelicular aparece em linhas de transmissão que transportam corrente alternada. A causa deste efeito é explicada neste post.
O fenômeno
Em corrente contínua, os elétrons se distribuem e se movem uniformemente em uma seção do condutor. Porém, com uma corrente alternada, um campo magnético variável é produzido devido à constante mudança de sentido das cargas elétricas.
No centro, as correntes I e I_{W} possuem sentidos opostos e se cancelam. Enquanto na periferia, estas correntes se somam. O resultado é o aumento da densidade de corrente na periferia do fio e a redução próxima do centro. Quanto maior a frequência, maior o efeito pelicular.
Por isto que não se deve usar fios maciços para transmitir sinais CA de alta frequência. Nestas situações, são usados condutores ocos, economizando peso e custo com materiais.
Resistência CA
Por causa do efeito pelicular, devem ser considerados dois tipos de resistências: CC e CA. A relação entre as resistências é dada pela equação.
R_{CA}=R_{CC}\cdot k\sqrt{f}
- R_{CA} e R_{CC} são as resistências CA e CC respectivamente.
- f é a frequência em Hertz (Hz).
- O fator k depende do diâmetro do fio na escala americana AWG.
Profundidade de penetração do efeito pelicular
Quando aumenta a frequência da corrente, a densidade de corrente no interior do condutor cai exponencialmente e se concentra nas bordas do fio. A profundidade de penetração vai da superfície, até onde há somente 37% da densidade de corrente na superfície.
A equação da densidade de corrente J em uma profundidade.
J=J_{s}e^{\frac{-d}{\delta }}
- J_{s} é a densidade de corrente na superfície.
- d é o diâmetro do condutor.
- \delta é a profundidade onde há densidade de corrente, fica menor quando aumenta a frequência.
Para calcular \delta.
\delta =\sqrt{\frac{2\rho }{\omega \mu }}
- \rho é a resistividade elétrica do condutor em \Omega \cdot m.
- \omega é a frequência ângular em radianos por segundo, pode ser calculado da seguinte forma.
\omega =2\pi f
- \mu é a permeabilidade magnética em H/m, que é o produto da permeabilidade relativa do material \mu _{r} e da permeabilidade magnética no vácuo \mu _{o}, cujo valor é 1,26\cdot 10^{-6} H/m.
\mu =\mu _{r}\mu _{o}
Com manipulações, a profundidade de penetração também pode ser expressa da seguinte forma.
\delta =\sqrt{\frac{1}{\pi f\sigma \mu_{r}\mu _{o}}}
- \sigma é a condutância, o inverso da resistividade.
