Corriente de Foucault

La corriente de Foucault (corriente parásita tamién conocida como "corrientes torbolín o turbillonarias", o eddy current n'inglés) ye un fenómenu llétricu descubiertu pol físicu francés Léon Foucault en 1851. Produzse cuando un conductor traviesa un campu magnéticu variable, o viceversa. El movimientu relativu causa una circulación d'electrones, o corriente inducida dientro del conductor. Estes corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que s'oponen al efeuto del campu magnéticu aplicáu (ver Llei de Lenz). Cuanto más fuerte sía'l campu magnéticu aplicáu, o mayor la conductividá del conductor, o mayor la velocidá relativa de movimientu, mayores van ser les corrientes de Foucault y los campos opositores xeneraos.

Nos nucleos de bobines y tresformadores xenérense tensiones inducíes por cuenta de les variaciones de fluxu magnético a que se someten aquellos nucleos. Estes tensiones inducíes son causa de que se produzan corrientes parásites nel nucleu (llamaes corrientes de Foucault), que nun son óptimas pa la bona eficiencia llétrica d'ésti. 

Les corrientes de Foucault crean perdes d'enerxía al traviés del efeutu Joule. Más concretamente, diches corrientes tresformen formes útiles d'enerxía, como la cinética, en calor ensin deseyar, polo que xeneralmente ye un efeutu inútil, cuando non perxudicial. De la mesma mengüen la eficiencia de munchos dispositivos qu'usen campos magnéticos variables, como los tresformadores de nucleu de fierro y los motores llétricos. Estes perdes pueden embrivise considerablemente.

N'alta frecuencia: utilizando nucleos con materiales magnéticos que tengan baxa conductividá llétrica (como por casu ferrita) 

En baxa frecuencia: utilizando delgaes fueyes d'aceru llétrico, apiladas pero dixebraes ente sigo por aciu un barniz aislante o ferruñoses tal que queden mutuamente aisllaes llétricamente. Los electrones nun pueden travesar la capa aislante ente los laminados y, poro, nun pueden circular n'arcos abiertos. Atrópense cargues nos estremos del laminado, nun procesu análogu al efeutu Hall, produciendo campos llétricos que s'oponen a una mayor acumuladura de cargues y de la mesma esaniciando les corrientes de Foucault. Cuanto más curtia seya la distancia ente laminados axacentes (por casu, cuanto mayor sía'l númberu de laminados por unidá d'área, perpendicular al campu aplicao), mayor va ser la eliminación de les corrientes de Foucault y, poro, menor el calentamientu del nucleu.

 Oríxenes de les corrientes de Foucault 

Si faise bazcuyar un pendilexu constituyíu por una placa de cobre ente los polos d'un electroimán, va reparase que se va frenando hasta parase por completu, produciéndose esti efeutu más rápido cuanto mayor seya la intensidá del campu. Al tratase d'una placa de cobre, material non magnético, el frenáu del pendilexu nun ye por cuenta de la atraición de los polos del imán. 

Lo qu'asocede ye que na placa, al cortar el fluxu ente les pieces polares, induzse una fuercia electromotriz, según prediz la llei de Lenz. Como'l cobre ye un bon conductor y la placa ufierta una gran seición al pasu de la corriente, la so resistencia óhmica ye pequeña y les corrientes inducíes intenses. Estes corrientes oponer a l'aición del orixe que les produz, esto ye, la mesma oscilación del pendilexu, por tanto, actúen de frenu.

La enerxía cinética del pendilexu en movimientu, pol principiu caltenimientu, tresformar en calor pol efeutu Joule.

Otros exemplos claros onde apaecen esti tipu de corrientes inductoras podemos reparar na mayoría de maquinaria llétrica, dinamos, motores de corriente continua, alternadores, tresformadores y en cualquier máquina onde esista un fluxu d'inducción.

Polo xeneral, les corrientes de Foucault son indeseadas, yá que representen una inútil disipación d'enerxía en forma de calor.

 Aplicaciones 
 Llétriques 
200px|thumb|Contador per corriente de Foucault
Les corrientes de Foucault son usaes p'aumentar l'efeutu en convertidores de movimientu a lletricidá como nos xeneradores llétricos y los micrófonos dinámicos. Tamién pueden ser usaos pa inducir un campu magnéticu en llates d'aluminiu, lo que dexen qu'éstes sían fácilmente xebrables d'otros elementos reciclables. Los superconductores dexen una conducción perfecta, ensin perdes, que crean corrientes de Foucault iguales y opuestes al campu magnéticu esternu, dexando d'esta manera la levitación magnética. Pola mesma razón, los campos magnéticos dientro d'un mediu superconductor van ser esautamente cero, independientemente del campu esterno aplicáu.

Una de les aplicaciones práutiques de les corrientes de Foucault ye la utilizada nos mididores de consumu llétricu, onde'l discu curtia llinies de fuercia, al xirar, remanáu pel campu d'un imán. Les corrientes, que se producen nel discu, xeneren una fuercia opuesto a la que remana. Esti frenáu de corrientes de Foucault dexa cubicar el contadores, modificando la posición del imán. Este mesmu dispositivu sirve pal axuste de fin de velocidá de xirar discos y l'amortiguamientu de los preseos de midida.

Dalgunos tacómetros tienen un imán que xira a la velocidá que se trate de midir frente a un discu metálicu móvil. Les aiciones electromagnétiques, debíes a les corrientes de Foucault, remanar en sentíu de rotación del imán. Gracies a un muelle de torna, consíguese inmovilizar el discu nuna posición d'equilibriu, que ye función de la velocidá del imán.

Les corrientes de Foucault empléguense entá n'ensayos non destructivos pa detectar discontinuidaes superficiales y midir conductividá llétrica en metales non magnéticos.

 Mecániques 
Les corrientes de Foucault son usaes pa frenar a la fin de delles montes rusos. Esti mecanismu nun tien nenguna gastadura mecánica y produz una precisa fuercia de frenáu. Típicamente, pesaes plaques de cobre estendiéndose dende'l carru son movíes ente pares d'imanes permanentes bien potentes. La resistencia llétrica ente les plaques xenera un efeutu d'arrastre análogu al resfregón, qu'estena la enerxía cinética del carru.

 Efeutu de frenáu 

Anque la perda d'enerxía útil resulta cuasi siempres indeseable, dacuando tien delles aplicaciones práutiques. Una d'elles ye en dellos trenes y vehículos pesaos, como autocares y camiones, que los sos frenos actuar a base d'inducir corrientes de Foucault (eddy current brake). Mientres el frenáu, les plantes de metal nes ruedes tán espuestes al campu magnéticu d'un electroimán, que xenera corrientes de Foucault nos nucleos y plantes de les ruedes. Les corrientes de Foucault atopen resistencia mientres circulen al traviés del metal, y estenen enerxía en forma de calor, faciendo que les ruedes mengüen la so velocidá. Cuanto más rápidu xiren les ruedes, más fuerte va ser l'efeutu, resultando qu'a midida que el tren mengua la so velocidá, tamién lo fadrá la fuercia de frenáu, consiguiéndose un frenáu nidiu proporcional a la velocidá de les ruedes.

Si asítiase un discu d'aluminiu, que xira de forma llibre, frente a un imán, el campu magnéticu producíu pol imán amenorga sensiblemente la velocidá de rotación del discu, esto ye, produz un par de frenáu proporcional a la velocidá del discu. Esti efeutu de frenáu ye tamién por cuenta de les corrientes de Foucault, y aplícase en numberosos aparatos de midida, como por casu, nos vatihorímetros o contadores d'enerxía llétrica.
Hai que puntualizar qu'esta aición de frenáu namái se manifiesta en planos perpendiculares a les llinies d'inducción, una y bones los circuitos abracen la mayor parte del fluxu, esperimentando'l máximu efeutu de les variaciones cuando ta de forma perpendicular.

 Efeutos colaterales 
Les corrientes de Foucault son la causa principal del efeutu pelicular en conductores que tresporten corriente alterna.

 Perdes d'enerxía 
Les corrientes de Foucault, como yá se comentó, tienen por efeutu tresformar parte de la enerxía en calor. Dichu calor producíu na masa metálico namái s'utiliza nos fornos llétricos d'alta frecuencia, polo que, polo xeneral, supón una perda d'enerxía. Pal estudiu d'estes perdes, considerar a una chapa de llargor , anchor  y grosez , sometida un campu variable de valor:

onde ω ye la pulsación y Bm la inducción máxima.

Nesta circunstancia'l fluxu al traviés de la superficie de felicidá espira ye:

Onde S ye la superficie que traviesa'l fluxu, que'l so valor ye 

Polo tanto ye posible escribir la ecuación anterior na forma:

Per otra parte, sábese que la fem inducida na espira ye:

Derivando tiense:

Si tomar na chapa una espira diferencial, la so resistencia va ser

y despreciando 2x frente a 2b, vamos escribir:

La potencia na espira va ser,

siendo Yef la tensión eficaz, que'l so valor en función del máximu, Ym, ye 

Polo tanto la potencia perdida va ser:

Y la potencia total perdida por cuenta de les corrientes de Foucault:


Si reemplázase agora ω por , llógrase 

o, lo que ye lo mesmo:

onde , ye'l volume de la carga.

De tolo espuesto deduzse que les perdes en vatios per metru cúbicu debíes a les corrientes de Foucault van ser:

Dáu'l calter perxudicial de les corrientes de Foucault, polos motivos yá apuntaos, ye necesariu tomar los siguientes procuros:

 toles mases metáliques sometíes a variaciones d'inducción tienen de ser laminadas y asitiaes en paquetes paralelos. D'esta forma evita'l percorríu de les corrientes de Foucault niciaes en planos perpendiculares a los fluxos;

 los remaches y torniellos que xunen les chapes nun tienen de cerrar circuitos conductores qu'abracen fluxu variable;

 los soportes metálicos de les bobines han de ser cortaos per mediu d'una incisión paralela a les llinies d'inducción, o bien utilizar sustancies non conductores.

 Amenorgamientu de les corrientes 
Si l'exemplu del pendilexu repitir, modificando la estructura de les plaques de cobre, esto ye, fiéndese la pieza de forma vertical con numberosos cortes, podrá comprobase que'l frenáu del pendilexu menguó significativamente. Esto nun quier dicir que les corrientes sumieren, sinón que por cuenta de la llimitación de la banda onde actúa, llindáu polos cortes realizaos, éstes vense bien amenorgaes.

Pa menguar el desenvolvimientu de les corrientes de Foucault emplégase'l sistema de construyir los nucleos de fierro en llugar de macizos, por aciu chapes o llámines superpuestes con una espesura de 0.2 a 0.6 mm, aisllaes unes de les otres con barniz o papel. Les chapes facer con un aceru al siliciu d'alta resistividá, de cuenta que la intensidá de la corriente inducida mengua y les perdes algamen asina un valor almitible. Esta construcción nun produz l'amenorgamientu del fluxu magnético, pos se dispón siempres según el planu que percuerren les llinies de fuercia.

La calidá d'estes llámines tocantes a les perdes por histéresis y corrientes de Foucault carauterizar pola potencia en vatios (W), estenada por quilu de plancha sometíu a una inducción alternativa d'una tesla, a razón de 50 ciclos de imantación per segundu.

La siguiente tabla da los valores de les perdes específiques en W/kg, pa diverses calidaes de planches magnétiques qu'esisten nel mercáu.

{| 
| Perda específica (W/kg) || Espesura (mm) || Perda específica (W/kg) || Espesura (mm)
|- 
| 3.0 || 0.5 || 1.3 || 0.35
|-
| 2.6 || 0.5 || 1.1 || 0.35
|-
| 2.3 || 0.5 || 1.0 || 0.35
|-
| 2.0 || 0.5 || 0.9 || 0.35
|-
| 1.7 || 0.5 || 0.5 || 0.35
|-
| 1.5 || 0.5 || || 
|}

Nos nucleos de fierro utilizaos nes bobines d'alta frecuencia, la disposición clásica en llámines, que se vio antes, yá nun ye abondu, polo que, estos nucleos tán construyíos con fierro especial, de polvu estruyíu y tremáu con barniz aislante, de tal manera que cada granu de fierro atópase aislláu de los sos más próximos, siendo ésta la única forma d'amenorgar les perdes nel fierro, hasta consiguir un valor aceptable.

 Ver tamién 
 Sensor inductivu
 Tresformador
 Bobina de Tesla
 Ferrita

 Referencies 

 Referencies 

 Enllaces esternos 
 Una demostración en videu de corrientes de Foucault


 Un mididor de conductividá pol métodu de les corrientes de Foucault

Categoría:Fenómenos electromagnéticos
Categoría:Electrodinámica
Categoría:Ciencia y teunoloxía de Francia
Categoría:Francia en 1851