Filo litz: differenze tra le versioni

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{{T|inglese|fisica|febbraioagosto 20172018}}

[[File:Litz wire by Zureks.JPG|thumb|Filo litz fatto di otto fili di rame isolati più spessisottili]]

[[File:Lica.png|thumb|upright=0.7|Il filo litz consiste di molteplici trefoli isolati elettricamente l'uno dall'altro. Normalmente i trefoli sono attorcigliati o intrecciati, ma in questo diagramma non silo vede nessun attorcigliamentosono.]]

Un '''filo litz''' è un tipo di cavo usato in elettronicaelettrotecnica per trasportare la [[corrente alternata]]. Il [[filo]] è progettato per ridurre le perdite causate dall'[[effetto pelle]] e dall'[[Effetto di prossimità (elettromagnetismo)|effetto di prossimità]] nei conduttori usati a frequenze fino a circa 1&nbsp;MHz.<ref name="Terman1943_p37">{{cita|Terman 1943|p. 37}}.</ref> Esso consiste di molti trefoli di fili sottili, isolati singolarmente e attorcigliati o intrecciati insieme, seguendo uno dei vari schemi accuratamente prescritti<ref>{{Cita testo |url=http://www.newenglandwire.com/products/litz-wire-and-formed-cables/Litz%20Wire%20Types |titolo=Litz Wire Types & Construction |anno=2005 |editore=New England Wire Technologies |urlmorto=sì }}</ref> che spesso implicano parecchi livelli (i gruppi di fili attorcigliati sono a loro volta attorcigliati insieme, ecc.). Il risultato di questi schemi di avvolgimento è di uguagliare la proporzione della lunghezza complessiva lungo la quale ciascun trefolo è all'esterno del conduttore, un effetto che non si ottiene con un semplice filo di cablaggio a refolitrefoli attorcigliati.

Il termine filo litz trae origine da ''Litzendraht'' (coll. ''Litze''), [[Lingua tedesca|tedesco]] per filo attorcigliato/intrecciato<ref>Vedi la [httphttps://www.dict.cc/deutsch-englisch/Litzendraht.html traduzione inglese di ''Litzendraht'']. Vedi la [httphttps://www.dict.cc/deutsch-englisch/Litze.html traduzione di ''Litze'' (laccio, trefolo, intrecciatura, cordoncino sull'unifomeuniforme militare)] e la [httphttps://www.dict.cc/?s=Draht traduzione di ''Draht'' (filo, filamento, trefolo)]. Vedi anche le [httphttps://www.dict.cc/englisch-deutsch/wire.html traduzioni tedesche di ''wire''.]</ref> o filo intessuto.<ref>{{cita web |url=http://www.mwswire.com/litzmain.htm |titolo=Copia archiviata |accesso=25 maggio 2010 |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20110714141635/http://www.mwswire.com/litzmain.htm |dataarchivio=14 luglio 2011 }}, {{cita web |url=http://www.wiretron.com/litz.html |titolo=Copia archiviata |accesso=25 maggio 2010 |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20100416073659/http://www.wiretron.com/litz.html |dataarchivio=16 aprile 2010 }}, e http://www.litz-wire.com/applications.html {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140228111057/http://www.litz-wire.com/applications.html |data=28 febbraio 2014 }} traducono ''Litzendraht'' con filo intessuto.</ref>

==Principio di funzionamento==

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Per frequenze basse, l'effetto è trascurabile. Per la CA a frequenze abbastanza alte perché l'[[effetto pelle]] sia piccolo in confronto alla dimensione del conduttore, l'effetto pelle fa scorrere la maggior parte della corrente vicino alla superficie del conduttore. A frequenze abbastanza alte, l'interno di un grande conduttore non porta molta corrente.

Alla profondità ''d'' la densità di corrente ''J'' è approssimativamente:

:<math>J\,=\,J_0\,e^{-{d/\delta}}</math>

dove:

<math>J_0\ </math>è la densità della corrente sulla superficie del conduttore e

<math>\delta\ </math> è una costante che indica la "profondità di penetrazione" (o "profondità di pelle") della corrente (lo spessore, a partire dalla superficie, in cui scorre la maggior parte della corrente).

Alla profondità <math>\delta\ </math> la densità della corrente vale 1/[[e (costante matematica)|e]] (circa 0,37) volte quella presente sulla superficie esterna.<br />

Per calcolarne il valore, si usa la relazione:

:<math>\delta=\sqrt{{2\rho}\over{\omega \mu}}</math>

dove

<math>\rho\ </math> = [[resistività]] (detta anche resistenza specifica) del conduttore;

<math>\omega\ = 2\pi \cdot \nu </math> = [[frequenza]] angolare (o pulsazione) della corrente (ν frequenza);

<math>\mu</math> = [[permeabilità magnetica]] assoluta del materiale conduttore (che, per i conduttori comuni, è uguale a quella del vuoto: <math>\mu_o\ </math>).

Esempi...

* A 60&nbsp;Hz, la profondità di pelle (cioè la profondità di penetrazione dell'effetto pelle) di un filo di rame è di circa 8,5 mm.

* A 60.000&nbsp;Hz (60&nbsp;kHz), la profondità di pelle di un filo di rame è di circa 0,25 mm.

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Una tecnica per migliorare l'efficienza è di ridurre la quantità di materiale che non trasporta la corrente rendendo il conduttore una tubazione cava. La grande area della superficie del tubo conduce la corrente con una resistenza molto minore di quanto farebbe un filo solido con la stessa area della sezione trasversale. Le bobine del volano delle trasmittenti radio ad alta potenza sono fatte spesso di tubazioni di rame, placcate d'argento all'esterno, per ridurre la resistenza.

Il filo litz è un altro metodo, che impiega un filo a trefoli con i conduttori isolati singolarmente (formando un fascio). Ogni conduttore sottile è inferiore alla profondità di pelle, perciò un singolo trefolo non soffre una perdita apprezzabile di effetto pelle. I trefoli devono essere isolati l'uno dall'altro — altrimenti i fili nel fascio andrebbero in corto insieme, si comporterebbero come un unico grande filo, e avrebbero ancora problemi di effetto pelle. Inoltre, i trefoli non possono occupare la stessa posizione radiale nel fascio attraverso lunghe distanze: gli effetti elettromagnetici che causano l'effetto pelle perturberebbeperturberebbero ancora la conduzione. Lo schema intrecciato o attorcigliato del fili nel fascio è progettato cosìin modo che ogni singolo trefolo alterni la sua posizione fra l'esterno del fascio (dove i cambiamenti del campo elettromagnetico sono più piccoli e il trefolo vede una bassa resistenza), e alll'interno (dove i cambiamenti del campo EM sono più forti e la resistenza è più alta). Se i trefoli hanno un'impedenza comparabile, la corrente si distribuisce in modo uguale fra ogni trefolo all'interno del cavo. Questo consente a ogni trefolo di contribuire in pari misura alla conduttività complessiva del fascio.

Un altro modo di spiegare il beneficio dell'intrecciamento del filo litz è il seguente: i campi magnetici generati dalla corrente che scorre nei trefoli sono in direzioni tali che hanno una ridotta tendenza a generare un [[campo elettromagnetico]] negli altri refolitrefoli. In tal modo, per il filo nel suo complesso, l'effetto pelle e le perdite di potenza associate quando si usano nelle applicazioni ad alta frequenza sono ridotte. Il rapporto tra l'[[induttanza]] distribuita e la [[Resistenza elettrica|resistenza]] distribuita è aumentato, in relazione a un conduttore solido, dando come risultato un [[fattore Q]] più alto a queste frequenze.

===Effetto di prossimità===

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==Efficacia==

{{Cita|Terman 1943|pp. 37, Tabella 18, 78}} fornisce un'espressione per il rapporto tra la resistenza alla corrente alternata e la resistenza alla corrente continua per un filo litz isolato.<ref>Terman cita {{Cita|Butterworth 1926}}</ref> Essa non si applica agli avvolgimenti con spire multiple. Un'espressione per il rapporto delle resistenze negli avvolgimenti è data da {{cita|Sullivan 1999}} nell'Equazione 2 e nell'Appendice A (pagina 289).

<!--

LitzIl wirefilo isdi verylitz effectiveè belowmolto efficace sotto 500&nbsp;kHz; it israramente rarelyè usedusato abovesopra 2&nbsp;[[MHz]] asin quanto itmolto ismeno muchefficace lessa effectivequeste therefrequenze.<ref name="Terman1943_p37"/> AtA frequenciesfrequenze abovemaggiori aboutdi 1&nbsp;MHz, thei benefitsbenefici becomesono graduallygradualmente offsetmaggiorati bydall'effetto thedi capacitive[[capacità build-upparassita]] betweentra thei strandsfili.<ref>{{Cita web |url=http://www.micrometals.com/appnotes/appnotedownloads/ipc4hqi.pdf |titolo=Copia archiviata |accesso=13 febbraio 2017 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20160222064243/http://www.micrometals.com/appnotes/appnotedownloads/ipc4hqi.pdf |dataarchivio=22 febbraio 2016 |urlmorto=sì }}</ref> AtPer microwavefrequenze frequencies,nella thebanda skindelle depthmicroonde, isl'effetto muchpelle smallerè thanmolto theminore diameterdel ofdiametro thedei strands,fili ande thela currentcorrente thatche isè forcedforzata throughnei thefili innerinterni strandsinduce inducesforti strongcorrenti eddyparassite currentsnei infili theesterni, outerquesto strands,fenomeno whichannulla negatesi thebenefici benefitsdel offilo litz wireal topunto theche pointsi wherecomporta itpeggio performsdi muchun worsefilo thanunico soliddi wireuguale of the same diameterdiametro.<ref>{{citeCita conferenceconferenza|url= http://ieeexplore.ieee.org/document/7752107/

| title titolo= Winding resistance and power loss for inductors with litz and solid-round wires

| url = http://ieeexplore.ieee.org/document/7752107/

| last1 cognome1= Wojda

| title = Winding resistance and power loss for inductors with litz and solid-round wires

| first1 nome1= Rafal P.

| last1 = Wojda

| date data= September 2016

| first1 = Rafal P.

| publisher editore= IEEE

| date = September 2016

| conference conferenza= Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 2016 IEEE International

| publisher = IEEE

| conference = Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 2016 IEEE International

| doi = 10.1109/EPEPEMC.2016.7752107}}</ref>

LitzIl wirefilo haslitz aha higherun'impedenza impedancemaggiore per unitunità cross-sectionaldi areasuperficie butdella litzsezione wirestrasversale, canma bepossono usedessere atusati thickercon cablefili sizesdi maggiore spessore, hencein reducingmodo orda maintainingridurre cableo impedancemantenere uguale l'impedenza del cavo a atfrequeenze higherpiù frequenciesalte.<ref>[http://www.w8ji.com/skindepth.htm Skindepth, Litz wire, braided conductors and resistance, W8JI.]</ref>

==ApplicationsApplicazioni==

[[File:Induktionskochfeld Spule.jpg|thumb|200px|Disassembled [[inductionFornello cookera induzione]] showingsmontato, litzsi wirevede coill'avvolgimento di filo litz.]]

Il filo litz è usato nella produzione di [[induttore|induttori]] e [[trasformatore|trasformatori]], specialmente in applicazioni ad alta frequenza in cui l'effetto pelle è più marcato e l'[[effetto di prossimità (elettromagnetismo)|effetto di prossimità]] può risultare un problema ancora più grave. Il filo litz è un tipo di [[Filo#Filo conduttore|filo intrecciato]] ma, in questo caso, non per evitare una rottura totale del cavo sotto sforzo come invece succede solitamente.

Litz wire is used to make [[inductor]]s and [[transformer]]s, especially for high frequency applications where the skin effect is more pronounced and [[proximity effect (electromagnetism)|proximity effect]] can be an even more severe problem. Litz wire is one kind of [[Wire#Stranded wire|stranded wire]], but, in this case, the reason for its use is not the usual one of avoiding complete wire breakage due to material fatigue.

Il filo litz si trova spesso in applicazioni di potenza che lavorano a frequenze tra le decine e le centinaia di kHz, come nei [[Fornello a induzione|fornelli a induzione]] e nei trasmettitori dei [[Caricatore a induzione|caricatori elettrici a induzione]].

Litz wire is frequently found in power applications in frequencies ranging between lower tens to higher hundreds kilohertz, namely [[induction cooker]]s and transmitters of [[inductive charging|inductive chargers]] (e.g. the [[Qi (inductive power standard)|Qi standard]]). Multiple parallel twisted strands of enameled wires can be found also in transformers in some switching power supplies.

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Multiple parallel twisted strands of enameled wires can be found also in transformers in some switching power supplies.

===WWVB transmitting station===

[[NIST]] uses litz wire in the time code broadcasting station [[WWVB]]. The station transmits on 60&nbsp;kHz. The litzLitz wire is used for the helix and [[Transformer types#Variometer and variocoupler|variometer]] in both helix houses. It consists of 9 × 5 × 5 × 27 (totaling 6075) strands of #36 [[AWG]] ({{convert|0.127&nbsp;|mm|abbr=on}} diameter) magnet wire and multiple layers of cotton, hemp, and plastic insulation, in a cable ¾&nbsp;inch (19&nbsp;mm) in diameter., Litztotaling wire is used in a variable151,875 [[inductorcircular mil]].s of copper.<ref>{{HarvHarvtxt|Hansen|Gish|1995|p=36}}</ref>

-->

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|data= August 1926

}}

*{{Cita pubblicazione
|cognome = Hansen

|nome = Peder M.

|cognome2 = Gish

|nome2 = Darrell

|titolo = WWVB Antenna and Antenna Tuning System: Baseline Measurements

|rivista = Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center

|id | id = Technical Report 1693

|data = February 1995

|url = http://www.spawar.navy.mil/sti/publications/pubs/tr/1693/tr1693.pdf

|urlmorto = sì

|url= http://www.spawar.navy.mil/sti/publications/pubs/tr/1693/tr1693.pdf

|urlarchivio = https://web.archive.org/web/20060924125328/http://www.spawar.navy.mil/sti/publications/pubs/tr/1693/tr1693.pdf

}}, also available as [http://stinet.dtic.mil/oai/oai?&verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA299078 DTIC ADA299078]., possibly also available as [http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf&AD=ADA299080].

|dataarchivio = 24 settembre 2006

}}, also available as [https://web.archive.org/web/20080322231442/http://stinet.dtic.mil/oai/oai?&verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA299078 DTIC ADA299078]., possibly also available as [{{Collegamento interrotto|1=http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf&AD=ADA299080] }}.

*{{Cita pubblicazione|cognome= Sullivan

|nome= Charles R.

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|volume= 14

|numero= 2

|pp= 283–291283-291

|data= March 1999

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|wkautore= Frederick Terman

|titolo= Radio Engineers' Handbook

|url= https://archive.org/details/radioengineersha00term

|editore= McGraw-Hill

|anno= 1943

|pp= [https://archive.org/details/radioengineersha00term/page/37 37], 74, 80

}}

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==Altri progetti==

{{interprogetto}}

{{Interprogetto|commons=Category:Litz wire}}

==Collegamenti esterni==

*[http://www.newenglandwire.com/products/litz-wire-and-formed-cables/ New England Wire Technologies - Litz Wire] (free technical support)

*[https://web.archive.org/web/20121022015156/http://www.litz-wire.com/ The litz people at HSM Wire offer a lot of information and support related to litz wire]

*[https://web.archive.org/web/20170516164538/http://www.emf.eei.uni-erlangen.de/forschung/pdf/Optimized%20Winding%20-%20Optimum%20in%20Power%20Efficiency.pdf/ Manfred Albach, Janina Patz, Hans Rossmanith, Dietmar Exner, Alexander Stadler: Optimized Winding = Optimum in Power Efficiency, Comparison of Losses in litz wires and round wires, The original text was released in the german magazine Elektronik Power, April 2010, Page 38-77]

* [http://www.navy-radio.com/commsta/cutler.htm NAA Cutler Maine - Navy VLF Transmitter Site: 2 MW, 14-24 kc]. Naval transmitter uses 4-inch diameter Litz wire; picture of variometer.