Corriente de Foucault para niños
La corriente de Foucault es un fenómeno eléctrico descubierto por el científico francés Léon Foucault en 1851. Imagina que tienes un material que conduce la electricidad, como un metal. Si este material se encuentra cerca de un campo magnético que cambia, o si el material se mueve dentro de un campo magnético, se forman unas corrientes eléctricas circulares dentro de él. Estas corrientes se llaman "corrientes de Foucault" o "corrientes parásitas".
Estas corrientes circulares crean sus propios campos magnéticos. Lo interesante es que estos campos magnéticos se oponen al campo magnético original que las causó. Esto se conoce como la Ley de Lenz. Cuanto más fuerte sea el campo magnético, mejor conduzca la electricidad el material o más rápido se mueva, más intensas serán estas corrientes de Foucault y más fuerte será el campo magnético que se opone.
En aparatos como los transformadores o las bobinas, donde hay núcleos de metal y campos magnéticos que cambian, estas corrientes de Foucault aparecen. Aunque son un efecto natural, a menudo no son deseables porque hacen que se pierda energía.
Las corrientes de Foucault transforman energía útil, como el movimiento, en calor no deseado. Esto reduce la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magnéticos variables, como los transformadores y los motores eléctricos. Sin embargo, existen maneras de reducir estas pérdidas.
Para minimizar las corrientes de Foucault:
- En aparatos de alta frecuencia, se usan materiales magnéticos que no conducen bien la electricidad, como la ferrita.
- En aparatos de baja frecuencia, se usan láminas delgadas de acero eléctrico apiladas y separadas por un material aislante (como barniz o óxido). Así, los electrones no pueden circular en grandes arcos, lo que reduce las corrientes y el calentamiento del núcleo. Cuanto más delgadas sean las láminas y más cerca estén, mejor se reducen las corrientes de Foucault.
Contenido
¿Cómo se originan las corrientes de Foucault?
Imagina un péndulo con una placa de cobre que se balancea entre los polos de un electroimán. Verás que el péndulo se frena y se detiene rápidamente, especialmente si el campo magnético es fuerte. Como el cobre no es magnético, el frenado no es por atracción.
Lo que ocurre es que, al moverse la placa de cobre y "cortar" las líneas del campo magnético, se genera una fuerza electromotriz (una especie de voltaje) dentro de ella, según la Ley de Lenz. Como el cobre es un buen conductor, se forman corrientes eléctricas intensas. Estas corrientes se oponen al movimiento que las produce, es decir, a la oscilación del péndulo, actuando como un freno.
La energía cinética (energía de movimiento) del péndulo se convierte en calor debido a estas corrientes, un efecto conocido como efecto Joule.
Puedes ver este tipo de corrientes en la mayoría de las máquinas eléctricas, como dinamos, motores de corriente continua, alternadores y transformadores, o en cualquier máquina donde haya un campo magnético que cambie. Generalmente, las corrientes de Foucault no son deseadas porque disipan energía en forma de calor.
¿Cómo se explican las corrientes de Foucault?
Un imán puede generar corrientes eléctricas circulares en una placa de metal que se mueve a través de su campo magnético. Imagina una placa de metal (C) que se mueve hacia la derecha bajo un imán fijo. El campo magnético del imán atraviesa la placa hacia abajo.
Como la placa se mueve, el campo magnético que atraviesa cada punto de la placa cambia.
- En la parte de la placa que se acerca al imán, el campo magnético aumenta. Esto genera un campo eléctrico circular en la placa en sentido contrario a las agujas del reloj, lo que a su vez induce una corriente eléctrica (la corriente de Foucault).
- En la parte de la placa que se aleja del imán, el campo magnético disminuye. Esto induce otra corriente de Foucault, pero en sentido horario.
Otra forma de entenderlo es que los electrones libres en el metal se mueven con la placa. El campo magnético ejerce una fuerza sobre ellos (la fuerza de Lorentz). Esta fuerza hace que los electrones se muevan lateralmente, creando las corrientes circulares.
El campo magnético del imán, al actuar sobre estos electrones que se mueven lateralmente, ejerce una fuerza que se opone al movimiento de la placa. Los electrones, al chocar con los átomos del metal, transfieren esta fuerza a la placa, creando una fuerza de arrastre que frena la placa. La energía de movimiento que se pierde al superar esta fuerza de arrastre se convierte en calor, haciendo que el metal se caliente.
Además, cada una de estas corrientes circulares en la placa crea su propio campo magnético. Según la Ley de Lenz, estos campos magnéticos se oponen al cambio del campo magnético original. Esto significa que en el borde de la placa que se acerca al imán, la corriente crea un campo magnético que se opone al del imán, causando una fuerza de repulsión. En el borde que se aleja, la corriente crea un campo magnético que atrae la placa. Ambas fuerzas trabajan para oponerse al movimiento de la placa.
Usos de las corrientes de Foucault
Aunque a menudo son una fuente de pérdida de energía, las corrientes de Foucault tienen aplicaciones muy útiles.
Usos eléctricos
- Generadores y micrófonos: Se usan para mejorar su funcionamiento.
- Reciclaje: Ayudan a separar latas de aluminio de otros materiales reciclables, ya que el campo magnético inducido en el aluminio permite levantarlas o moverlas.
- Levitación magnética: En los superconductores, las corrientes de Foucault son tan perfectas que crean un campo magnético exactamente opuesto al externo, permitiendo la levitación.
- Medidores de consumo eléctrico: En los contadores de luz, un disco gira y corta líneas de fuerza de un imán. Las corrientes de Foucault que se producen en el disco generan una fuerza que frena su giro. Este "frenado por corrientes de Foucault" permite calibrar los contadores.
- Tacómetros: Algunos tacómetros (aparatos para medir la velocidad de giro) usan un imán que gira frente a un disco metálico. Las corrientes de Foucault hacen que el disco se mueva, y un muelle lo detiene en una posición que indica la velocidad.
- Pruebas no destructivas: Se usan para detectar pequeños defectos en la superficie de metales no magnéticos o para medir su capacidad de conducir electricidad sin dañarlos.
Usos mecánicos
- Frenos de montañas rusas: Las corrientes de Foucault se usan para frenar las vagonetas al final del recorrido. Este sistema no tiene desgaste mecánico y proporciona una fuerza de frenado muy precisa. Placas de cobre en el carro se mueven entre potentes imanes, y la resistencia eléctrica de las placas disipa la energía de movimiento en forma de calor.
- Frenos en vehículos pesados: Algunos trenes, autobuses y camiones usan frenos que inducen corrientes de Foucault. Cuando se frena, un eje se expone a un campo magnético, generando corrientes de Foucault en las ruedas. Estas corrientes disipan energía en forma de calor, haciendo que las ruedas disminuyan su velocidad. Cuanto más rápido giren las ruedas, más fuerte es el efecto, lo que permite un frenado suave y proporcional a la velocidad.
- Aparatos de medida: Si colocas un disco de aluminio que gira libremente frente a un imán, el campo magnético lo frena. Este efecto se usa en aparatos como los contadores de energía eléctrica.
Efectos secundarios
Las corrientes de Foucault son la causa principal del efecto pelicular en los conductores que transportan corriente alterna. Este efecto hace que la corriente se concentre más en la superficie del conductor que en su centro.
Pérdidas de energía
Como ya se mencionó, las corrientes de Foucault transforman parte de la energía en calor. Este calor solo es útil en hornos eléctricos de alta frecuencia; en la mayoría de los casos, es una pérdida de energía.
Para evitar estas pérdidas, se toman las siguientes precauciones:
- Todas las partes metálicas que están expuestas a campos magnéticos cambiantes deben hacerse con láminas delgadas y apiladas. Esto evita que las corrientes de Foucault circulen en grandes circuitos.
- Los remaches y tornillos que unen las láminas no deben formar circuitos que puedan conducir estas corrientes.
- Los soportes metálicos de las bobinas deben tener cortes paralelos a las líneas del campo magnético o, mejor aún, usar materiales que no conduzcan la electricidad.
¿Cómo se reducen las corrientes de Foucault?
Si repetimos el ejemplo del péndulo de cobre, pero esta vez la placa tiene muchos cortes verticales, verás que el frenado del péndulo es mucho menor. Esto no significa que las corrientes desaparezcan, sino que al limitar el espacio donde pueden circular, su efecto se reduce mucho.
Para disminuir las corrientes de Foucault, los núcleos de hierro en lugar de ser macizos, se construyen con láminas delgadas (de 0.2 a 0.6 mm de grosor) superpuestas y aisladas entre sí con barniz o papel. Estas láminas suelen ser de un acero especial con silicio, que tiene una alta resistencia eléctrica. Así, la intensidad de la corriente inducida disminuye y las pérdidas de energía se mantienen en un nivel aceptable. Esta construcción no afecta el flujo magnético, ya que las líneas de fuerza siguen su camino a través de las láminas.
La calidad de estas láminas se mide por la energía que se pierde en vatios por cada kilogramo de lámina, cuando se somete a un campo magnético alterno de una tesla a 50 ciclos por segundo.
En los núcleos de hierro para bobinas de alta frecuencia, las láminas no son suficientes. En estos casos, los núcleos se hacen con polvo de hierro especial comprimido y mezclado con barniz aislante. Así, cada pequeño grano de hierro está aislado de los demás, lo que es la única forma de reducir las pérdidas en el hierro a un nivel aceptable para estas frecuencias.
Más información
- Sensor inductivo
- Transformador
- Bobina de Tesla
- Ferrita
- Efecto pelicular
Galería de imágenes
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A medida que la placa metálica circular se mueve a través de una pequeña región de campo magnético constante entrante a la imagen, las corrientes de Foucault son inducidas en esta. La dirección de esas corrientes está determinada por la Ley de Lenz.
Véase también
En inglés: Eddy current Facts for Kids
