Re: R: Fisica nei conduttori elettrici!

From: Franco <inewd_at_hotmail.com>
Date: 1999/09/30

Maurizio Bonfanti wrote:

SNIP

> Intervengono anche fenomeni
> specificamente elettrodinamici, come il cosiddetto "effetto pelle", che
> dipende dalla frequenza del segnale in transito. Il suo meccanismo per la
> verit� non � del tutto chiarito ma � ben dominato empiricamente.

L'effetto pelle e` perfettamente comprensibile dal punto di
vista teorico (equazioni di maxwell), ben approssimabile con
l'ipotesi di onda piana (e anche meno) e calcolabile in
dettaglio con metodi numerici.

> A grandi
> linee, due fili paralleli percorsi da correnti equiverse si attraggono, e la
> ragione � abbastanza ben giustificata dalle leggi fondamentali dell'
> elettromagnetismo. Non � quindi chiaro perch� due filetti di corrente
> equiversi che percorrono il medesimo conduttore sembrino invece respingersi,
> e solo a frequenza diversa da zero.

Perche' generano un campo magnetico *variabile*, che a sua
volta induce una tensione che fa scorrere una corrente
(detta in termini un po' brutali). La corrente indotta tende
ad opporsi alla causa che l'ha generata (altrimenti avremmo
trovato il moto perpetuo) e se fai i conti con le regole
della mano destra e simili descrivi l'effetto pelle,
prossimita`, spiralizzazione e multistrato senza alcun
problema.

Se la vuoi vedere in modo piu` semplice basta dire che la
corrente sceglie la via a minore impedenza, e ad alta
frequenza sceglie la via a minore induttanza (passa
sull'esterno del conduttore perche' c'e' meno spazio per il
campo magnetico, quindi c'e' meno energia immagazzinata, e
in definitiva meno induttanza).

> Si potrebbe pensare, dato che le cariche
> si muovono su percorsi non rettilinei costituiti dai "gusci" degli atomi (la
> cosiddetta banda di conduzione) a circa 2/3 della velocit� della luce, che
> intervengano fenomeni tipicamente ottici, per esempio di riflessione, che
> causerebbero campi magnetici parassiti;

Non ho mai sentito questo modello, mi sembra complicato.

> d'altra parte il "rumore elettrico"
> nei conduttori ha come una delle sue cause proprio questa. Si pu� pensare
> anche che fra il cambiamento di verso della corrente (a ogni ciclo) e il
> cambiamento di orientamento degli atomi (o ioni) intervenga un ritardo tanto
> pi� evidente quanto pi� la frequenza � elevata, dato che la costante di
> tempo di tale cambiamento, che dipende dalle caratteristiche del materiale,
> � appunto costante (fenomeno del rilassamento paramagnetico).

Stessa osservazione di prima. Non ho il tempo adesso di
analizzarlo in dettaglio. Il rumore elettrico si ha ogni
volta che c'e' una resistenza a temperatura diverse da 0 K e
dipende dall'energia termica degli elettroni.

> In ogni caso,
> la corrente penetra solo a una profondit� in centimetri pari alla costante
> 6,6 divisa per la radice della frequenza in Hz.

Questa relazione deriva dalla propagazione di un'onda piana
in un mezzo conduttore, e la profondita` cui il campo si
attenua di un fattore 1/e vale
delta=SQRT(2/(omega*sigma*mu))

dove omega e` la frequenza angolare dell'onda piana, sigma
e` la conducibilita` del materiale e mu dipende dalle
caratteristiche magnetiche del materiale. Nessuna formula
empirica o mal compresa, ma equazione di maxwell applicate a
un'onda piana in un materiale conduttore.

> L'espressione "effetto
> pelle" � particolarmente pertinente per le frequenze tipiche delle
> telecomunicazioni, che suggeriscono infatti di costruire conduttori fatti
> solo di "pelle", per esempio le guide d'onda.

A 50 Hz la profondita` di pelle e` dell'ordine di 10 mm:
anche qui e` importante, e si usano particolari accorgimenti
costruttivi, come dici anche tu nel seguito.

Non ho capito bene che cosa c'entrino le guide d'onda. E i
cavi coassiali dove li metti?

SNIP

Ciao

Franco
Received on Thu Sep 30 1999 - 00:00:00 CEST