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Correntes de Foucault

Saiba como os ímanes de neodímio fortes podem induzir correntes de Foucault, criando forças electromagnéticas dentro de metais como o alumínio e o cobre que não são ferromagnéticos (os ímanes não se colam a ele).

O que são correntes parasitas?

Quando um bom condutor eléctrico (como cobre ou alumínio) é exposto a um campo magnético em mudança, uma corrente é induzida no metal, normalmente chamada corrente parasita. Talvez a melhor maneira de explicar é mostrando seus efeitos.

Demonstração #1, o imã em um tubo

Este vídeo mostra a clássica demonstração da corrente parasita, derrubando um imã axialmente magnetizado por um tubo metálico. Em cada caso, o tubo de cobre ou alumínio tem um diâmetro interior ligeiramente maior do que o tamanho do íman. Usamos ímãs DAA e DEX0 para estas demonstrações.

Verde, filme de visualização magnética usado no vídeo acima está disponível como nosso MV43.

O que está acontecendo?

Como o ímã cai através do tubo, o tubo vê um campo magnético variável. Este campo em mudança induz uma corrente que circula ao redor do tubo. É uma corrente forte que dura apenas um breve momento à medida que o íman passa.

Agora, quando você vê uma corrente a circular num círculo como esse, pode lembrá-lo de um electroíman. Ou seja, uma corrente que gira em torno de um círculo como esse cria um campo magnético. Neste caso, o campo magnético criado por estas correntes de electricidade está (globalmente) na direcção oposta à do campo magnético do íman. O campo magnético criado pela corrente de Foucault opõe-se ao campo do íman, da mesma forma que um par de ímanes repelentes se repelem.

Apesar de a gravidade puxar o íman para baixo, as correntes de Foucault criam um campo magnético que resiste ao movimento.

O mesmo conceito, aplicação diferente

Não vimos isto antes? Sim! Considere nosso recente artigo descrevendo o funcionamento de uma lanterna Shake Flashlight. Nela, movemos um imã para frente e para trás através do interior de uma bobina de fio.

No que diz respeito às correntes de Foucault, elas não se importam se aquela massa de cobre ao redor do imã é um pedaço sólido, ou um envoltório de muitas voltas de fio isolado – uma corrente ainda é produzida em um movimento circular dentro do metal.

A única diferença entre estas duas situações é que conseguimos tocar nas extremidades do fio da lanterna e usar a corrente para alimentar uma luz LED.

Demonstração #2, íman numa folha

O íman a cair através de um tubo é um exemplo clássico, mas não estamos limitados a essa geometria. Há muitas maneiras de induzir correntes no metal. Qualquer coisa onde o campo magnético num determinado ponto do metal muda com o movimento do íman irá funcionar.

Uma configuração popular para travões de corrente de Foucault é definir dois ímanes fortes com um intervalo entre eles. Isto cria um campo magnético forte entre os dois ímãs, como descrito anteriormente no nosso artigo da Calculadora Gap.

Se este par de ímãs for colocado em ambos os lados de um disco giratório, as correntes de Foucault induzidas no metal actuarão para o abrandar. Esta imagem na Wikipedia é um bom exemplo.

Outra boa demonstração é uma versão simplificada: Deixe um disco magnético fino deslizar ao longo de uma folha de alumínio. Funciona por causa dos mesmos princípios usados com o ímã em uma demonstração em tubo, mas você pode ver o ímã o tempo todo. Para esta demonstração usamos um ímã de disco DX02 de 1″ de diâmetro x 1/8″ de espessura em uma tira de 2″ de largura de alumínio de 1/8″ de espessura.

Como as correntes parasitas são úteis

Da Wikipedia, freios por correntes parasitas em uma montanha russa

Já mencionamos os freios por correntes parasitas, onde o campo magnético oposto pode ser usado para diminuir a velocidade de algo. Tais freios são freqüentemente usados em trens e montanhas-russas. A imagem à direita é um bom exemplo de um freio desse tipo. Uma chapa de cobre ou alumínio sai do(s) vagão(s) de montanha-russa, não mostrado(s), e passa entre os ímãs mostrados. Se forem usados ímãs permanentes, o freio funciona mesmo com uma perda completa de potência.

Eddy Current Material Separators can be used to separate metals from non-metal trash. Por exemplo, máquinas que usam este método podem ser usadas para separar latas de alumínio do lixo.

Identificação de metais: As máquinas automáticas de venda de moedas utilizam correntes parasitas para detectar moedas falsas. Como as correntes de Foucault são diferentes para uma moeda real versus uma falsa, os fabricantes de máquinas de venda automática podem utilizar este método para ajudar a garantir que as moedas são reais.

Eddy-Current Testing é um método de teste não destrutivo para metais, que pode ser utilizado para detectar rachaduras em metais. Pense na linha de encontrar rachaduras por fadiga na pele de um avião, ou tubos trocadores de calor em uma usina elétrica.

Aquecimento por indução: Os fogões eléctricos com tampo de vidro usam indução para aquecer a sua panela ou panela metálica. Veja esta página na Wikipedia que inclui uma imagem nítida de um fogão desmontado, mostrando claramente a bobina de fio de cobre utilizada.

Como as correntes de Foucault não são tão úteis

Quando uma corrente AC flui através de um fio, grande parte da corrente está realmente a fluir na superfície do fio. Isto é comumente referido como efeito skin, mas é realmente causado por correntes de Foucault. Com corrente CA em um fio, a corrente alterna para frente e para trás. Isto significa que os campos magnéticos criados por essa corrente estão, naturalmente, a mudar. Isto cria correntes parasitas dentro do fio, que resistem ao fluxo de eletricidade.

Se não houvesse correntes parasitas, você poderia obter mais corrente através de um dado fio.

Para outro exemplo, considere um transformador. As correntes parasitas são responsáveis pelo aquecimento do núcleo de aço de um transformador, como descrito aqui.

Posso calcular a força das correntes parasitas?

Não, não é muito fácil. Muitas vezes nos fazem esta pergunta, e desejamos ter uma resposta mais fácil. A força que obtém dos ímanes que se movem perto de estruturas de cobre ou alumínio depende de muitos factores, incluindo:

• a força do campo magnético dentro do metal, e a magnitude da alteração da força do campo. Isto é afectado por:
  • o tamanho e força do íman: ímanes maiores e mais grossos produzem campos magnéticos mais fortes, ver Surface Fields 101
  • a posição do(s) íman(s) em relação à parte metálica, que está relacionada com a força do campo
• a forma, espessura e geometria do metal: tubos mais grossos fazem um íman cair mais lentamente através dele nas experiências mostradas nos vídeos acima
• a velocidade do íman/metal: Resultados mais rápidos em mais força, até um ponto

Passar tudo isto não é definitivamente trivial. Embora tenhamos uma boa maneira de descobrir a força do campo magnético na região de um único íman no espaço livre (ver a nossa Calculadora do Campo Magnético), o caso de um íman a cair através de um tubo é muito mais complexo. A queda do íman induz uma corrente no tubo, que cria um campo próprio oposto na direcção oposta. Determinar a força desse campo é, teoricamente, assustador. É difícil fazer regras que se aplicam a todas as situações.

Para encontrar algumas respostas sobre a força das correntes de Foucault na sua aplicação, considere o uso de métodos experimentais, FEA (Análise de Elementos Finitos) tridimensional, ou ambos.