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Corrientes de Foucault
Aprenda cómo los fuertes imanes de neodimio pueden inducir corrientes de Foucault, creando fuerzas electromagnéticas dentro de metales como el aluminio y el cobre que no son ferromagnéticos (los imanes no se adhieren a ellos).
¿Qué son las corrientes de Foucault?
Cuando un buen conductor eléctrico (como el cobre o el aluminio) se expone a un campo magnético cambiante, se induce una corriente en el metal, comúnmente llamada corriente de Foucault. Quizás la mejor manera de explicarla es mostrar sus efectos.
Demostración nº 1, el imán en un tubo
Este vídeo muestra la clásica demostración de corrientes de Foucault, dejando caer un imán axialmente magnetizado por un tubo metálico. En cada caso, el tubo de cobre o aluminio tiene un diámetro interior ligeramente mayor que el tamaño del imán. Utilizamos imanes DAA y DEX0 para estas demostraciones.
La película verde de visualización magnética utilizada en el vídeo anterior está disponible como nuestro MV43.
¿Qué ocurre?
A medida que el imán cae por el tubo, éste ve un campo magnético cambiante. Este campo cambiante induce una corriente que da vueltas alrededor del tubo. Es una corriente fuerte que sólo dura un breve momento mientras el imán pasa.
Ahora, cuando ves una corriente dando vueltas en un círculo como ese, podría recordarte a un electroimán. Es decir, una corriente que gira en un círculo como ese crea un campo magnético. En este caso, el campo magnético creado por estas corrientes eléctricas está (en general) en la dirección opuesta al campo magnético del imán. El campo magnético creado por la corriente de Foucault se opone al campo del imán, de la misma manera que un par de imanes que se repelen entre sí.
Mientras que la gravedad tira del imán hacia abajo, las corrientes de Foucault crean un campo magnético que resiste el movimiento.
Mismo concepto, diferente aplicación
¿No hemos visto esto antes? Sí. Considere nuestro reciente artículo que describe el funcionamiento de una linterna Shake. En él, movíamos un imán hacia adelante y hacia atrás a través del interior de una bobina de alambre.
En lo que respecta a las corrientes de Foucault, no les importa si esa masa de cobre alrededor del imán es un trozo sólido, o una envoltura de muchas vueltas de alambre aislado – se sigue produciendo una corriente en un movimiento circular dentro del metal.
La única diferencia entre estas dos situaciones es que pudimos aprovechar los extremos del cable de la linterna y utilizar la corriente para alimentar una luz LED.
Demostración #2, imán en una hoja
El imán cayendo a través de un tubo es un ejemplo clásico, pero no estamos limitados a esa geometría. Hay muchas formas de inducir corrientes en el metal. Cualquier cosa en la que el campo magnético en un punto particular en el metal cambia con el movimiento del imán funcionará.
Una configuración popular para los frenos de corrientes de Foucault es poner dos imanes fuertes con un espacio entre ellos. Esto crea un fuerte campo magnético entre los dos imanes, como se describió anteriormente en nuestro artículo Gap Calculator.
Si este par de imanes se coloca a ambos lados de un disco que gira, las corrientes de Foucault inducidas en el metal actuarán para frenarlo. Esta imagen en Wikipedia es un buen ejemplo.
Otra buena demostración es una versión simplificada: Deja que un imán de disco fino se deslice a lo largo de una lámina de aluminio. Funciona debido a los mismos principios utilizados con el imán en una demostración de tubo, pero se puede ver el imán todo el tiempo. Usamos un imán de disco DX02, de 1″ de diámetro x 1/8″ de grosor en una tira de 2″ de ancho de aluminio de 1/8″ de grosor para esta demostración.
¿Cómo son útiles las corrientes de Foucault
Ya mencionamos los frenos de corrientes de Foucault, donde el campo magnético opuesto puede usarse para frenar algo. Este tipo de frenos se utilizan a menudo en trenes y montañas rusas. La imagen de la derecha es un buen ejemplo de uno de estos frenos. Una placa de cobre o aluminio sobresale del vagón de la montaña rusa, no mostrada, y pasa entre los imanes mostrados. Si se utilizan imanes permanentes, el freno funciona incluso con una pérdida total de energía.
Los separadores de materiales por corriente de Foucault pueden utilizarse para separar los metales de la basura no metálica. Por ejemplo, las máquinas que utilizan este método pueden emplearse para separar las latas de aluminio de la basura.
Identificación de metales: Las máquinas expendedoras de monedas utilizan corrientes de Foucault se utilizan para detectar monedas falsas. Debido a que las corrientes de Foucault son diferentes para una moneda real frente a una falsa, los fabricantes de máquinas expendedoras pueden utilizar esto para ayudar a asegurarse de que las monedas son reales.
La prueba de corrientes de Foucault es un método de prueba no destructivo para los metales, que se puede utilizar para detectar grietas en los metales. Piense en la búsqueda de grietas por fatiga en la piel de un avión, o en los tubos de los intercambiadores de calor de una central eléctrica.
Calentamiento por inducción: Las cocinas eléctricas con tapa de cristal utilizan la inducción para calentar su sartén u olla de metal. Vea esta página en Wikipedia que incluye una bonita imagen de una estufa desmontada, que muestra claramente la bobina de cable de cobre utilizada.
¿Cómo no son tan útiles las corrientes de Foucault
Cuando una corriente alterna fluye a través de un cable, gran parte de la corriente fluye realmente en la superficie del cable. Esto se conoce comúnmente como efecto piel, pero en realidad está causado por las corrientes de Foucault. Con la corriente alterna en un cable, la corriente se alterna de un lado a otro. Esto significa que los campos magnéticos creados por esa corriente son, por supuesto, cambiantes. Esto crea corrientes de Foucault en el interior del cable, que resisten el flujo de electricidad.
Si no existieran las corrientes de Foucault, se podría obtener más corriente a través de un cable determinado.
Para otro ejemplo, considere un transformador. Las corrientes de Foucault son responsables de calentar el núcleo de acero de un transformador, como se describe aquí.
¿Puedo calcular la fuerza de las corrientes de Foucault?
No, no es muy fácil. A menudo nos hacen esta pregunta, y nos gustaría tener una respuesta más fácil. La fuerza que se obtiene de los imanes que se mueven cerca de las estructuras de cobre o aluminio depende de muchos factores, incluyendo:
- la fuerza del campo magnético dentro del metal, y la magnitud del cambio en la intensidad del campo. Esto se ve afectado por:
- el tamaño y la fuerza del imán: los imanes más grandes y gruesos producen campos magnéticos más fuertes, véase Campos de superficie 101
- la posición del imán o imanes con respecto a la pieza metálica, que se relaciona con la fuerza del campo
- la forma, el grosor y la geometría del metal: los tubos más gruesos hacen que un imán caiga más lentamente a través de él en los experimentos mostrados en los vídeos anteriores
- la velocidad del imán/metal: Más rápido resulta en más fuerza, hasta un punto
Descubrir todo esto definitivamente no es trivial. Aunque tenemos una buena manera de calcular la intensidad del campo magnético en la región de un solo imán en el espacio libre (ver nuestra Calculadora de campo magnético), el caso de un imán que cae a través de una tubería es mucho más complejo. El imán que cae induce una corriente en la tubería, que crea un campo propio en dirección opuesta. Determinar la intensidad de ese campo teóricamente es desalentador. Es difícil establecer reglas generales que se apliquen a todas las situaciones.
Para encontrar algunas respuestas sobre la intensidad de las corrientes de Foucault en su aplicación, considere la posibilidad de utilizar métodos experimentales, análisis de elementos finitos tridimensionales, o ambos.
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