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Correnti parassite

Impara come i forti magneti al neodimio possono indurre correnti parassite, creando forze elettromagnetiche all’interno di metalli come alluminio e rame che non sono ferromagnetici (i magneti non vi si attaccano).

Che cosa sono le correnti parassite?

Quando un buon conduttore elettrico (come il rame o l’alluminio) è esposto a un campo magnetico variabile, una corrente è indotta nel metallo, comunemente chiamata corrente parassita. Forse il modo migliore per spiegarla è mostrare i suoi effetti.

Dimostrazione #1, il magnete in un tubo

Questo video mostra la classica dimostrazione delle correnti parassite, facendo cadere un magnete assialmente magnetizzato in un tubo di metallo. In ogni caso, il tubo di rame o di alluminio ha un diametro interno leggermente più grande della dimensione del magnete. Abbiamo usato magneti DAA e DEX0 per queste dimostrazioni.

Il film di visualizzazione magnetico verde usato nel video di cui sopra è disponibile come nostro MV43.

Cosa sta succedendo?

Come il magnete scende attraverso il tubo, il tubo vede un campo magnetico che cambia. Questo campo mutevole induce una corrente che gira intorno al tubo. È una forte corrente che dura solo per un breve momento mentre il magnete passa.

Ora, quando vedete una corrente che gira in cerchio come quella, potrebbe ricordarvi un elettromagnete. Cioè, una corrente che gira in cerchio come quella crea un campo magnetico. In questo caso, il campo magnetico creato da queste correnti elettriche è (complessivamente) nella direzione opposta al campo magnetico del magnete. Il campo magnetico creato dalla corrente parassita si oppone al campo del magnete, proprio come una coppia di magneti che si respingono a vicenda.

Mentre la gravità tira il magnete verso il basso, le correnti parassite creano un campo magnetico che resiste al movimento.

Stesso concetto, applicazione diversa

Non l’abbiamo già visto? Sì! Consideriamo il nostro recente articolo che descrive il funzionamento di una torcia elettrica Shake. In esso, abbiamo mosso un magnete avanti e indietro attraverso l’interno di una bobina di filo metallico.

Per quanto riguarda le correnti parassite, non importa se quella massa di rame intorno al magnete è un pezzo solido, o un avvolgimento di molti giri di filo isolato – una corrente è ancora prodotta in un movimento circolare all’interno del metallo.

L’unica differenza tra queste due situazioni è che siamo stati in grado di attingere alle estremità del filo della torcia e usare la corrente per alimentare una luce LED.

Dimostrazione #2, magnete su un foglio

Il magnete che cade attraverso un tubo è un esempio classico, ma non siamo limitati a quella geometria. Ci sono molti modi per indurre correnti nel metallo. Qualsiasi cosa in cui il campo magnetico in un punto particolare del metallo cambia con il movimento del magnete funzionerà.

Una configurazione popolare per i freni a correnti parassite è quella di impostare due forti magneti con uno spazio tra loro. Questo crea un forte campo magnetico tra i due magneti, come descritto in precedenza nel nostro articolo Gap Calculator.

Se questa coppia di magneti è posta su entrambi i lati di un disco che gira, le correnti parassite indotte nel metallo agiranno per rallentarlo. Questa immagine su Wikipedia è un buon esempio.

Un’altra buona dimostrazione è una versione semplificata: Fate scorrere un sottile magnete a disco lungo un foglio di alluminio. Funziona a causa degli stessi principi utilizzati con il magnete in una dimostrazione del tubo, ma si può vedere il magnete per tutto il tempo. Abbiamo usato un magnete a disco DX02, 1″ di diametro x 1/8″ di spessore su una striscia larga 2″ di alluminio spesso 1/8″ per questa dimostrazione.

Come sono utili le correnti parassite

Da Wikipedia, freni a correnti parassite su un ottovolante

Abbiamo già parlato dei freni a correnti parassite, dove il campo magnetico opposto può essere usato per rallentare qualcosa. Tali freni sono spesso utilizzati su treni e montagne russe. L’immagine a destra è un buon esempio di un tale freno. Una piastra di rame o alluminio sporge dal vagone(i) delle montagne russe, non mostrato, e passa tra i magneti mostrati. Se si usano magneti permanenti, il freno funziona anche con una completa perdita di potenza.

I separatori di materiale a correnti Eddy possono essere usati per separare i metalli dai rifiuti non metallici. Per esempio, le macchine che usano questo metodo possono essere usate per separare le lattine di alluminio dalla spazzatura.

Identificazione dei metalli: I distributori automatici a moneta utilizzano le correnti parassite per rilevare le monete contraffatte. Poiché le correnti parassite sono diverse per una moneta vera e una falsa, i produttori di distributori automatici possono usarle per assicurarsi che le monete siano vere.

Il test delle correnti parassite è un metodo di test non distruttivo per i metalli, che può essere usato per rilevare crepe nei metalli. Pensate alla ricerca di crepe da fatica nella pelle di un aeroplano, o ai tubi dello scambiatore di calore in una centrale elettrica.

Riscaldamento a induzione: I piani di cottura elettrici con un piano in vetro usano l’induzione per riscaldare la vostra padella o pentola di metallo. Vedi questa pagina su Wikipedia che include una bella foto di un piano cottura smontato, che mostra chiaramente la bobina di filo di rame utilizzata.

Come le correnti parassite non sono così utili

Quando una corrente alternata scorre attraverso un filo, gran parte della corrente sta realmente scorrendo sulla superficie del filo. Questo viene comunemente chiamato effetto pelle, ma in realtà è causato dalle correnti parassite. Con la corrente alternata in un filo, la corrente si alterna avanti e indietro. Questo significa che i campi magnetici creati da quella corrente stanno, ovviamente, cambiando. Questo crea correnti parassite all’interno del filo, che resistono al flusso di elettricità.

Se non ci fossero le correnti parassite, si potrebbe ottenere più corrente attraverso un dato filo.

Per un altro esempio, consideriamo un trasformatore. Le correnti parassite sono responsabili del riscaldamento del nucleo d’acciaio di un trasformatore, come descritto qui.

Posso calcolare la forza delle correnti parassite?

No, non molto facilmente. Ci viene fatta spesso questa domanda, e vorremmo avere una risposta più facile. La forza che si ottiene da magneti che si muovono vicino a strutture di rame o alluminio dipende da molti fattori, tra cui:

• la forza del campo magnetico all’interno del metallo, e la grandezza del cambiamento di intensità del campo. Questo è influenzato da:
  • la dimensione e la forza del magnete: magneti più grandi e spessi producono campi magnetici più forti, vedi Campi superficiali 101
  • la posizione del magnete (o dei magneti) rispetto alla parte metallica, che si riferisce all’intensità del campo
• la forma, lo spessore e la geometria del metallo: tubi più spessi fanno cadere un magnete più lentamente attraverso esso negli esperimenti mostrati nei video sopra
• la velocità del magnete/metallo: Più veloce si traduce in più forza, fino a un certo punto

Capire tutto questo non è sicuramente banale. Mentre abbiamo un bel modo di calcolare l’intensità del campo magnetico nella regione di un singolo magnete nello spazio libero (vedi il nostro Magnetic Field Calculator), il caso di un magnete che cade attraverso un tubo è molto più complesso. Il magnete che cade induce una corrente nel tubo, che crea un campo opposto nella direzione opposta. Determinare teoricamente la forza di questo campo è scoraggiante. È difficile fare regole empiriche che si applichino ad ogni situazione.

Per trovare alcune risposte sulla forza delle correnti parassite nella tua applicazione, considera l’utilizzo di metodi sperimentali, FEA tridimensionale (Analisi ad Elementi Finiti), o entrambi.