¿Qué son las corrientes de Foucault? – Definición, Causas, Aplicaciones.

Una corriente que se origina en un conductor excedente en reacción a un campo magnético cambiante se conoce como corriente de Foucault. Circulan en estrechos bucles extremadamente paralelos al plano del campo magnético. Según la ley de Lenz, esta corriente se arremolina de la manera más básica posible para generar un campo magnético que se opone al cambio; en un conductor superior, los electrones se arremolinan en un plano superior perpendicular al campo magnético. Las corrientes de Foucault son el resultado de este fenómeno, que fue descubierto por el físico Foucault en 1819-1868.

 corriente de Foucault

Las corrientes de Foucault fluyen a través de los conductores como remolinos giratorios en una corriente, y con frecuencia se forman como reacción a un campo magnético cambiante. Fluyen en bucles cerrados perpendiculares al plano del campo magnético, causados ​​por campos magnéticos cambiantes. Estas también se conocen como Corrientes de Foucault.

En 1824, François Arago, matemático, científico y astrónomo, fue el primero en observar las corrientes de Foucault. Fue la primera persona en experimentar el magnetismo rotatorio y entendió que la mayoría de las cosas conductoras podrían magnetizarse. Luego, 10 años después, Heinrich Lenz propuso la ley de Lenz, pero no fue hasta 1855 que el científico francés Léon Foucault la propuso. 

Foucault descubrió formalmente las corrientes de Foucault. Realizó varias pruebas y determinó que cuando el borde de un disco de cobre se coloca entre los polos de un imán, la fuerza requerida para hacerlo girar aumenta (como un imán de herradura). El calor se creó en el disco como resultado de las corrientes de Foucault inducidas.

Causas de las corrientes de Foucault

Cuando un conductor viaja a través de un campo magnético o cuando cambia el campo magnético alrededor de un conductor estacionario, se producen corrientes de Foucault. Por lo tanto, las corrientes de Foucault pueden generarse en cualquier momento en que cambie la intensidad o la dirección de un campo magnético en un conductor. 

Sabemos por la Ley de Lenz que la dirección de una corriente inducida, como una corriente de Foucault, será tal que el campo magnético creado por ella se opondrá al cambio en el campo magnético que lo causó. Los electrones en un conductor se arremolinan en un plano perpendicular al campo magnético para que esto suceda. La magnitud de la corriente de Foucault es:

• Proporcional a la magnitud del campo magnético.
• Proporcional al área del bucle.
• Proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético inversamente
• proporcional a la resistencia del conductor

Las corrientes de Foucault tienden a contrarrestar el cambio en el campo magnético que las produce, lo que resulta en una pérdida de energía en un conductor. Estos convierten la energía en calor, como la energía cinética o eléctrica. Para detener la rotación de herramientas eléctricas y montañas rusas, empleamos la resistencia causada por campos magnéticos opuestos para generar corrientes de Foucault.

Aplicaciones de las corrientes de Foucault

Las corrientes de Foucault tienen las siguientes aplicaciones:

• Mecanismo de frenado en trenes: las ruedas metálicas de los trenes corren sobre vías metálicas. Cuando se aplican los frenos, las ruedas metálicas de los trenes quedan expuestas a un campo magnético que induce corrientes de Foucault en las ruedas. Como resultado de la interacción magnética entre el campo magnético aplicado y las corrientes de Foucault creadas en las ruedas, los trenes disminuyen la velocidad. Este impacto aumenta a medida que las ruedas comienzan a girar rápidamente y, a medida que el tren reduce la velocidad, la fuerza de frenado se reduce, lo que hace que el tren se detenga suavemente.
• Amortiguación en galvanómetros : las corrientes de Foucault son cruciales en la construcción de galvanómetros inactivos. Antes de detenerse, la aguja del galvanómetro a menudo se desplaza de un lado a otro alrededor de su punto de equilibrio. Esta oscilación de la aguja da como resultado un retraso perceptible en el registro de la lectura. Al enrollar una bobina sobre un marco de metal no magnético, se puede eliminar este retraso. A medida que la bobina se desvía, se crean corrientes de Foucault en el marco metálico, lo que hace que la aguja se detenga sin demora. La acción de la bobina se amortigua aquí. En realidad, algunos galvanómetros están construidos con bobinas compuestas de materiales no magnéticos. Las corrientes de Foucault formadas en la bobina como resultado de la oscilación de la bobina tienden a resistir el movimiento de la bobina, deteniéndola muy instantáneamente.

• Medidores de electricidad en el hogar: en nuestros hogares, un medidor mecánico giraba un pequeño disco de metal brillante debido a las corrientes eléctricas generadas. Estas corrientes en los medidores son causadas por el campo magnético cambiante.
• Horno basado en inducción : se forman enormes corrientes de Foucault en campos magnéticos que cambian rápidamente como resultado de la gran fem generada. Las corrientes de Foucault generan calor, lo que hace que la temperatura aumente. En realidad, una cantidad considerable de calor producido en un horno de inducción eleva la temperatura a un valor muy alto. Se induce una bobina sobre el metal componente y se coloca en un campo magnético de alta frecuencia. Las temperaturas resultantes son lo suficientemente altas como para derretir el metal. Este método se usa con frecuencia para extraer metales de sus minerales. Los hornos de inducción se utilizan para crear aleaciones.
• Indicadores de velocidad en los automóviles: todos los vehículos que usamos para el transporte tienen un velocímetro, que nos dice qué tan rápido viaja el vehículo en un momento determinado. Tiene un imán que gira en respuesta a la velocidad del vehículo. Las corrientes de Foucault se crean en el tambor, y cuando el tambor viaja en la dirección del imán giratorio, el puntero conectado se mueve a lo largo de la escala, mostrando la velocidad del vehículo.
• Atracciones en parques de atracciones: el sistema de frenado de las atracciones de los parques de atracciones se basa en corrientes de Foucault, lo que permite una parada considerablemente más suave y sin contacto.
• Pruebas no destructivas: las corrientes de Foucault se utilizan para identificar fallas en estructuras o maquinaria enormes, como aviones. Un cambio en el campo magnético en un lugar, indicado por un cambio en el número de corrientes de Foucault inducidas, se observará en todas partes donde haya una irregularidad en la superficie del metal.
• Cocinas : las cocinas basadas en inducción utilizan el efecto de calentamiento causado por la transformación de la energía eléctrica en energía térmica. Sobre las placas de inducción se colocan utensilios con base de placa metálica. Las bobinas de cobre se insertan debajo de las placas de cerámica en estas estufas. Cuando se alimenta una corriente alterna a través de una bobina, los campos magnéticos oscilantes creados provocan corrientes de Foucault en la placa de metal de los utensilios, que calienta los utensilios.

Minimizar las corrientes de Foucault

Las corrientes de Foucault se pueden reducir en una variedad de métodos, que incluyen:

1. Al laminar el núcleo metálico: Los materiales aislantes separan las laminaciones del núcleo metálico, y el plano de las laminaciones debe mantenerse paralelo al campo magnético para que corten las rutas de las corrientes parásitas. La intensidad de las corrientes de Foucault se reduce como resultado de esta configuración. La pérdida de calor se reduce significativamente ya que la disipación de energía eléctrica en calor varía directamente con el cuadrado de la intensidad de la corriente eléctrica.
2. Mediante el uso de materiales magnéticos con baja conductividad eléctrica o alta resistencia para hacer el núcleo.

Las corrientes de Foucault causan el frenado

Imagine una lámina de metal conductor que pasa por un imán estacionario en una montaña rusa o en el sistema de frenos de un tren. Cuando la hoja se extiende más allá del borde izquierdo del imán, la intensidad del campo magnético aumenta, lo que hace que se formen corrientes de Foucault en su superficie en el sentido contrario a las agujas del reloj. Sabemos que estas corrientes, de acuerdo con la ley de Lenz, generarán un campo magnético en dirección opuesta al campo magnético externo, lo que resultará en un arrastre magnético cuando la lámina se aleje del campo magnético en el otro borde del imán. 

El cambio de campo será en la dirección opuesta, causando corrientes de Foucault en el sentido de las agujas del reloj y un campo magnético que actuará hacia abajo. Como resultado, atraerá un imán externo hacia sí mismo, provocando un efecto darg .. Al desacelerar la hoja en movimiento, estas fuerzas de arrastre proporcionan la acción de frenado en la hoja. Los electroimanes se utilizan con frecuencia en lugar de imanes externos. El control de la corriente que fluye a través de la bobina del electroimán facilita la regulación del tamaño de la acción de frenado. Debido a que el frenado de Foucault es sin contacto, no hay desgaste mecánico. Sin embargo, para obtener resultados eficientes con las corrientes de Foucault, el conductor debe estar en movimiento. Las corrientes de Foucault son ineficaces para detenerse a baja velocidad porque no retienen los objetos en sus posiciones de reposo; en estas circunstancias, se utilizan frenos de fricción normales.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Qué son las corrientes de Foucault?

Responder:

Según la ley de inducción de Faraday, las corrientes de Foucault son pequeños bucles de corriente circulares formados dentro de un conductor por el campo magnético cambiante alrededor del conductor.

Pregunta 2: ¿Cuáles son las aplicaciones de las corrientes de Foucault?

Responder:

• Frenado en trenes y atracciones
• Velocímetros
• Cocinas de inducción
• Pruebas no destructivas

Pregunta 3: ¿Cómo se producen las corrientes de Foucault?

Responder:

Las corrientes de Foucault se generan dentro de un conductor cuando se mueve a través de un campo magnético o cuando el flujo magnético que lo atraviesa varía continuamente.

Pregunta 4: ¿Cómo se pueden minimizar las corrientes de Foucault?

Responder:

Las corrientes de Foucault se pueden minimizar mediante:

• Al laminar el núcleo de metal, se pueden reducir las corrientes de Foucault.
• Utilizar materiales magnéticos con un alto valor de resistencia eléctrica.

Pregunta 5: ¿Cuáles son los factores de los que depende la magnitud de la corriente de Foucault?

Responder:

La magnitud de la corriente de Foucault es:

• Proporcional a la magnitud del campo magnético.
• Proporcional al área del bucle.
• Proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético inversamente
• proporcional a la resistencia del conductor

Pregunta 6: ¿Por qué son indeseables las corrientes de Foucault?

Responder:

Cuando un conductor se mueve en un campo magnético, se generan corrientes de Foucault. Las corrientes de Foucault hacen que la energía se pierda en forma de calor. Puede causar pérdida de energía y menor eficiencia en motores eléctricos, generadores e incluso transformadores. Estas corrientes pueden hacer que el equipo se degrade.