5. Corrientes de Foucault

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Cuando un conductor metálico macizo es atravesado por un flujo magnético variable, se inducen en su interior corrientes que se denominan corrientes de Foucault (corrientes de Eddy).


Vídeo 3. mittechtv. Uso educativo.

Las corrientes de Foucault son, por tanto, corrientes inducidas en los conductores metálicos cuando varía el flujo magnético que los atraviesa.

Para observarlas puedes ver el vídeo adjunto. En él, una pieza de cobre oscila entre los polos de un imán formado por dos bobinas (solenoides). Al hacer oscilar la pieza sin que pase corriente por las bobinas, lo hace libremente, pero si dejamos pasar corriente, la pieza se frena rápidamente. Si se repite la experiencia con una pieza de cobre seccionada (tiene ranuras), el efecto de frenado disminuye.

La explicación está en que, al moverse la pieza, entra en el campo magnético del imán y varía el flujo de campo magnético, que induce una fem en la pieza. Los electrones libres del metal se mueven en remolino produciendo una corriente de Foucault. La corriente inducida genera un campo magnético que se opone al cambio que produce dicha corriente (ley de Lenz) y frena la pieza. Si la pieza está seccionada, las corrientes se reducen y apenas son capaces de frenarla.

En la figura, la pieza azul se mueve hacia abajo con una velocidad v, perpendicular al campo magnético de inducción B. Las corrientes que se inducen tienen sentidos contrarios cuando la parte de la pieza entra en el campo y cuando sale. Esto produce una fuerza (fuerza de Lorentz), que ejerce el campo magnético sobre cada corriente, que se opone al movimiento de la pieza y provoca que caiga más lentamente.

Las corrientes de Foucault se llaman corrientes parásitas ya que producen pérdidas de energía por efecto Joule. Para disminuir este efecto, se construyen los núcleos de los generadores y los transformadores con láminas delgadas y aisladas unas de otras, reduciendo así la importancia de las corrientes.

Imagen 32. Razzor7. Dominio público.

Cuando Léon Foucault en 1855 hizo girar un disco de cobre en el entrehierro de un imán, observó que tenía que esforzarse con la manivela para que el disco girara. Actualmente, este fenómeno se utiliza en los frenos electromagnéticos de los vehículos pesados (camiones, autobuses y trenes). En estos dispositivos se hace girar un disco entre un electroimán. Al accionar éste se produce el frenado. Cuanto mayor sea la velocidad del vehículo, más frena. Éste es el motivo por el que son muy eficaces en las bajadas. Cuando la marcha es lenta, disminuye su eficacia y es necesario montar también frenos mecánicos.

Como puedes comprobar en la animación siguiente, las corrientes de Foucault hacen que la velocidad angular, w, disminuya, llegando a pararse el disco. Observa la corriente inducida (en rojo) y la fuerza que ejerce el campo magnético sobre ella (en negro), que se opone al movimiento del disco y provoca su detención.


FemApplet aparecerá en un explorador compatible JDK 1.1 Animación 2. Fisica con ordenador Ángel Franco García. Creative commons
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En los trenes de alta velocidad la evacuación del calor generado en los discos plantea problemas; la potencia de frenado es tan elevada que los discos no resistirían los calentamientos correspondientes. En este caso se logra el frenado induciendo corrientes de Foucault directamente sobre los raíles, que tienen tiempo de enfriarse entre el paso de un tren y otro.

Otras aplicaciones prácticas de las corrientes de Foucault son los hornos eléctricos de inducción. En éstos, el material que debe fundirse se coloca en un recipiente metálico que está sometido a intensas y rápidas oscilaciones del campo magnético, produciéndose intensas corrientes de Foucault que, por efecto Joule, logran fundir el material. La capacidad de estos hornos varía desde menos de un kilogramo y 100 toneladas. Se utilizan en la obtención de aceros y para fundir cobre, aluminio y metales preciosos.

Imagen 33. Twostaricebox. Dominio público.

 

Imagen 34. Aragón investiga. Uso educativo.

Las cocinas vitrocerámicas de inducción son dispositivos que también se basan en las corrientes de Foucault. El calor se crea directamente en el metal de la cazuela, que debe ser de acero u otro material ferromagnético. Su funcionamiento es sencillo: se coloca una bobina debajo de la placa vitrocerámica que crea un campo magnético oscilante; al poner una cazuela o sartén encima, el flujo magnético oscilante genera una corriente inducida que calienta el recipiente. Este sistema es muy seguro, ya que sólo calienta si hay recipiente, además es rápido, de fácil limpieza y su rendimiendo es muy bueno (se calienta sólo el recipiente con la comida). En la imagen de la derecha puedes observar la bobina de una cocina de inducción y en la de la izquierda un esquema.