Corriente de Foucault

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A midida que la placa metálica circular muévese al traviés d'una pequena rexón de campu magnético constante entrante a la imaxe, les corrientes de Foucault son inducíes nésta. La dirección d'eses corrientes ta determinada pola Llei de Lenz.

La corriente de Foucault (corriente parásita tamién conocida como "corrientes torbolín o turbillonarias", o eddy current n'inglés) ye un fenómenu eléctricu descubiertu pol físicu francés Léon Foucault en 1851. Produzse cuando un conductor traviesa un campu magnético variable, o viceversa. El movimientu relativu causa una circulación de electrones, o corriente inducida dientro del conductor. Estes corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que s'oponen al efeuto del campu magnético aplicáu (ver Llei de Lenz). Cuanto más fuerte sía'l campu magnético 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 núcleos de bobines y tresformadores xenérense tensiones inducíes por cuenta de les variaciones de fluxu magnético a que se someten aquellos núcleos. Estes tensiones inducíes son causa de que se produzan corrientes parásites nel núcleu (llamaes corrientes de Foucault), que nun son óptimas pa la bona eficiencia eléctrica d'ésti.

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

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

En baxa frecuencia: utilizando delgaes fueyes de aceru eléctrico, apiladas pero dixebraes ente sigo por aciu un barniz aislante o ferruñoses tal que queden mutuamente aisllaes eléctricamente. 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 efectu Hall, produciendo campos eléctricos que s'oponen a una mayor acumuladura de cargues y de la mesma esaniciando les corrientes de Foucault. Cuanto más curtia sía 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 núcleu.

Oríxenes de les corrientes de Foucault[editar | editar la fonte]

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 efectu más rápido cuanto mayor sía la intensidá del campu. Al tratase d'una placa de cobre, material non magnético, el frenáu del pendilexu nun ye por cuenta de la atracción de los polos del imán.

Lo qu'asocede ye que na placa, al cortar el fluxu ente les pieces polares, induzse una fuerza electromotriz, según prediz la llei de Lenz. Como'l cobre ye un bon conductor y la placa ufierta una gran sección al pasu de la corriente, la so resistencia óhmica ye pequena y les corrientes inducíes intenses. Estes corrientes oponer a l'acción 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 efectu Joule.

Otros exemplos claros onde apaecen esti tipu de corrientes inductoras podemos reparar na mayoría de maquinaria eléctrica, 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[editar | editar la fonte]

Eléctriques[editar | editar la fonte]

Contador per corriente de Foucault

Les corrientes de Foucault son usaes p'aumentar l'efectu en convertidores de movimientu a eletricidá como nos xeneradores eléctricos y los micrófonos dinámicos. Tamién pueden ser usaos pa inducir un campu magnético 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 magnético esternu, dexando d'esta manera la levitación magnética. Pola mesma razón, los campos magnéticos dientro d'un mediu superconductor van ser esactamente cero, independientemente del campu esterno aplicáu.

Una de les aplicaciones práctiques de les corrientes de Foucault ye la utilizada nos mididores de consumu eléctricu, onde'l discu curtia llinies de fuerza, al xirar, remanáu pel campu d'un imán. Les corrientes, que se producen nel discu, xeneren una fuerza 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 acciones 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 en ensayos non destructivos pa detectar discontinuidaes superficiales y midir conductividá eléctrica en metales non magnéticos.

Mecániques[editar | editar la fonte]

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 fuerza de frenáu. Típicamente, pesaes plaques de cobre estendiéndose dende'l carru son movíes ente pares d'imanes permanentes bien potentes. La resistencia eléctrica ente les plaques xenera un efectu d'arrastre análogu al resfregón, qu'estena la enerxía cinética del carru.

Efectu de frenáu[editar | editar la fonte]

Anque la perda d'enerxía útil resulta casi siempres indeseable, dacuando tien delles aplicaciones práctiques. 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 llantes de metal nes ruedes tán espuestes al campu magnético d'un electroimán, que xenera corrientes de Foucault nos núcleos y llantes 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'efectu, resultando qu'a midida que el tren mengua la so velocidá, tamién lo fadrá la fuerza 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 magnético 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 efectu 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 eléctrica. Hai que puntualizar qu'esta acción 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 efectu de les variaciones cuando ta de forma perpendicular.

Efectos colaterales[editar | editar la fonte]

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

Perdes d'enerxía[editar | editar la fonte]

Les corrientes de Foucault, como yá se comentó, tienen por efectu tresformar parte de la enerxía en calor. Dichu calor producíu na masa metálico namái s'utiliza nos fornos eléctricos d'alta frecuencia, polo que, polo xeneral, supon 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 too lo espuesto deduzse que les perdes en vatios per metro 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 precuros:

  • 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 sustances non conductores.

Amenorgamientu de les corrientes[editar | editar la fonte]

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 núcleos 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 dispon siempres según el planu que percuerren les llinies de fuerza.

La calidá d'estes llámines tocantes a les perdes por histéresis y corrientes de Foucault caracterizar 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 núcleos de fierro utilizaos nes bobines d'alta frecuencia, la disposición clásica en llámines, que se vio antes, yá nun ye abondu, polo que, estos núcleos 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[editar | editar la fonte]

Referencies[editar | editar la fonte]


Enllaces esternos[editar | editar la fonte]




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