Qu'est-ce que l'effet de peau ?

La profondeur de peau du cuivre en génie électrique

Comme mentionné précédemment, l'effet de peau est l'endroit où le courant alternatif a tendance à éviter de traverser le centre d'un conducteur solide, se limitant à une conduction près de la surface.

Cela limite efficacement la section du conducteur disponible pour transporter un flux d'électrons alternatif, augmentant la résistance de ce conducteur au-dessus de ce qu'elle serait normalement pour le courant continu :

Effet de peau :la profondeur de la peau diminue avec l'augmentation de la fréquence.

La résistance électrique du conducteur avec toute sa section transversale en cours d'utilisation est connue sous le nom de «résistance CC». La « résistance AC » d'un même conducteur fait référence à un chiffre plus élevé résultant de l'effet de peau.

Comme vous pouvez le voir, à des fréquences élevées, le courant alternatif évite de traverser la majeure partie de la section transversale du conducteur. Pour conduire le courant, le fil pourrait aussi bien être creux !

Conducteurs creux dans les applications RF

Dans certaines applications radio (antennes notamment) cet effet est exploité. Étant donné que les courants alternatifs à radiofréquence («RF») ne traverseraient pas de toute façon le milieu d'un conducteur, pourquoi ne pas simplement utiliser des tiges métalliques creuses au lieu de fils métalliques solides et économiser à la fois du poids et des coûts ? (Voir la figure ci-dessous.)

La plupart des structures d'antenne et des conducteurs d'alimentation RF sont constitués de tubes métalliques creux pour cette raison.

Sur la photo suivante, vous pouvez voir de gros inducteurs utilisés dans un circuit de transmission radio de 50 kW. Les inducteurs sont des tubes creux en cuivre recouverts d'argent, pour une excellente conductivité au niveau de la "peau" du tube :

Inductances haute puissance formées de tubes creux.

Comment le calibre du fil affecte la fréquence et la résistance effective

Le degré auquel la fréquence affecte la résistance effective d'un fil conducteur solide est influencé par le calibre de ce fil. En règle générale, les fils de gros calibre présentent un effet de peau plus prononcé (changement de résistance par rapport au courant continu) que les fils de petit calibre à une fréquence donnée.

L'équation pour approximer l'effet de peau aux hautes fréquences (supérieures à 1 MHz) est la suivante :

Le tableau ci-dessous donne les valeurs approximatives du facteur « k » pour différentes tailles de fil rond. Facteur « k » pour différentes tailles de fils AWG.

taille de la jauge facteur k taille de la jauge facteur k 4/0124.5834.82/099.01027.61/088.01417.6269.81810.9455.5226.86647.9--

Par exemple, une longueur de fil de calibre 10 avec une résistance de bout en bout CC de 25 Ω aurait une résistance CA (efficace) de 2,182 kΩ à une fréquence de 10 MHz :

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur les types et les tailles de fils