CORRIENTES DE FOUCAULT
Estos fenómenos físicos se llaman así por el nombre de Jean Bernard Léon Foucault.
Físico de origen francés, que vivió de 1819 a 1868 y fue premiado con numerosas distinciones.
Es a él a quien le debemos la invención del giroscopio y también la demostración de que la Tierra gira sobre sí misma gracias al péndulo de Foucault.
Pero lo que vamos a explicar en esta página nada tiene que ver con la astronomía, sino con la electricidad, y son las corrientes parásitas que llevan su apellido, las corrientes de Foucault.
Índice de Contenidos:
- Explicación del Fenómeno
- ¿Qué son las Corrientes de Foucault?
- Sentido de las Corrientes de Foucault
- ¿Qué Producen?
- Corrientes de Foucault en las Máquinas Eléctricas
- ¿Donde Se Usan?
Explicación del Fenómeno
Cuando tenemos un corriente eléctrica alterna por un conductor, alrededor del conductor se crea un campo magnético, según Oersted.
Esto también sucede, amplificado, cuando el conductor tiene forma de bobina.
Ese campo magnético será variable, ya que la corriente alterna también es variable (fíjate en la imagen de más abajo).
También sabemos por el descubrimiento de Faraday, que si un conductor es atravesado por un campo magnético variable o se mueve por un campo magnético estático, en el conductor se crea una fuerza electromotriz (fem) o tensión en sus extremos llamada fem inducida.
Si este conductor es parte de un circuito eléctrico cerrado, se creará una corriente por el conductor que circulará por el circuito eléctrico, gracias a la fem inducida (ver imagen más abajo).
Esta corriente generada en el conductor, es una corriente inducida por el campo variable que lo atraviesa y por eso se llama corriente inducida.
Podemos inducir corrientes moviendo un conductor por dentro de un campo magnético, o moviendo el campo dentro del conductor.
Fíjate en las siguiente animación, cómo se crea una corriente inducida.
Recuerda: Cuando un conductor de electricidad se mueve en un campo magnético o está rodeado por un campo magnético variable en el tiempo, se inducen corrientes en él.
Pues bien, si ahora tenemos una chapa metálica de cualquier metal, cobre hierro, etc., que es conductora como lo es un cable, y cercana a ella hay un circuito con corriente alterna, el campo magnético variable creado por el circuito de corriente alterna cortará o atravesará la chapa magnética.
En la animación de arriba sería cambiar el conductor o bobina de salida de la lámpara B, donde se induce la corriente, por una chapa o un núcleo metálico.
¿Qué Sucederá en la Chapa?
Como el metal de la chapa es un buen conductor de la corriente eléctrica, se generan en el una f.e.m. inducida.
Esta f.e.m. produce, a su vez, unas corrientes de circulación por la chapa metálica, llamadas corrientes parásitas o de Foucault, que se cierran, formando cortocircuitos, por las secciones transversales de dicho núcleo.
El primer experimento de corrientes parásitas lo llevó a cabo el físico francés Arago en 1824 cuando observó que una aguja magnética, que estaba unida a un disco de cobre giratorio, también giraba.
La aguja magnética provocaba corrientes parásitas en el disco de cobre, que tenían un efecto de arrastre sobre la aguja magnética.
Por supuesto, Arago aún no sabía cómo y por qué se producía este efecto.
En 1855, el físico francés Foucault especificó el experimento de Aragos y determinó que las corrientes eléctricas se generan en conductores eléctricos que se mueven en un fuerte campo magnético.
Precisamente las corrientes parásitas se han denominado durante mucho tiempo "Corrientes de Foucault".
Además estas corrientes, si son muy elevadas calentarán la chapa, porque ya sabemos que el calor es uno de los efectos del paso de la corriente eléctrica (efecto Joule).
En los primeros días de la ingeniería eléctrica, existían problemas importantes con las corrientes parásitas que se producían en los núcleos de hierro de los transformadores y las bobinas de hierro de los generadores y motores eléctricos.
No solo empeoraron la eficiencia de los sistemas, sino que también provocaron un calentamiento dañino de los componentes.
Por lo tanto, se decidió no construir los núcleos de los transformadores de hierro macizo, sino unir en capas a partir de placas de hierro delgadas que estaban aisladas unas de otras y todas juntas formar el bloque del núcleo.
Foucault ya había observado que las corrientes parásitas disminuyen cuando se divide el conductor (la chapa) por el que se crean y circulan.
Ahora definamos estas corrientes descubiertas por el.
¿Qué son Las Corrientes de Foucault?
Llamamos corrientes parásitas o de Foucault a las corrientes eléctricas creadas en una masa conductora (conductor, placa, chapa, etc.), ya sea por la variación en el tiempo de un campo magnético externo que cruza este medio (la chapa conductora), o por un desplazamiento de esta masa en un campo magnético constante.
Son consecuencia de la inducción magnética.
Dirección de las Corrientes de Foucault
Las corrientes de Foucault no tienen una dirección fija en el espacio, se les aplica la ley de Lenz.
Las corrientes de Foucault contrarrestan la causa de su formación.
Es decir serán contrarias a la causa que las produce (Ley de Lenz).
Por lo tanto intentarán contrarrestar el campo magnético que las produce.
Si las produce una corriente alterna, las corrientes de Foucault serán en todo momento de sentido contrario a la corriente alterna que la produce.
Fíjate en la bobina de un transformador alrededor de la chapa magnética.
Si pudiéramos detener en un instante las corrientes:
El campo magnético que crean las corrientes de Foucault (como cualquier otra corriente alterna) tienen que ser tal que sea capaz de contrarrestar el campo magnético creado por las corrientes alternas que las ha creado.
Por este motivo las corrientes de Foucault se emplean en algunos casos para frenos, como es el caso de los frenos magnéticos.
Aquí solo vamos analizar los efectos en las máquinas eléctricas de estas corrientes.
Si quieres saber su uso para los frenos vete al enlace anterior.
¿Qué Producen?
Cuando aparecen producen 2 fenómenos:
- Crean un campo magnético que se opone a la causa de la variación del campo externo (ley de Lenz).
- Provocan calentamiento por efecto Joule de la masa conductora por donde circulan.
Esto último es por lo que hay que tenerlas muy en cuenta el las máquinas eléctricas.
Corrientes de Foucault en Máquinas Eléctricas
Si observamos detenidamente los núcleos magnéticos de transformadores, motores y electroimanes de C.A., podremos observar que éstos están construidos con chapa magnética apiladas unas sobre otras.
Esto se hace así para evitar el efecto perjudicial de las corrientes parásitas o de Foucault.
Este efecto aparece, como ya sabemos, cuando se utilizan corrientes alternas.
Cuando estas corrientes variables recorren los bobinados de electroimanes, transformadores, motores o generadores, el núcleo de hierro queda sometido a la acción de un campo magnético variable.
Dado que el metal del núcleo es un buen conductor de la corriente eléctrica, se genera en él una f.e.m. inducida.
Esta f.e.m. produce, a su vez, unas corrientes de circulación por el hierro, las llamadas y ya vistas corrientes parásitas o de Foucault, que se cierran, formando cortocircuitos, por las secciones transversales de dicho núcleo.
Estas corrientes pueden llegar a alcanzar valores bastante elevados debido a la baja resistencia del hierro del que suele estar formado las chapas magnéticas de trafos y motores.
En consecuencia, el núcleo se calienta por efecto Joule.
El calor generado por las corrientes de Foucault puede llegar a ser muy elevado, especialmente en núcleos sometidos a flujos magnéticos alternos de considerable frecuencia, como es el caso de todos los transformadores, motores y generadores de corriente alterna.
Este fenómeno reduce considerablemente el rendimiento de las máquinas eléctricas; incluso puede llegar a calentar núcleos de gran sección hasta llegar al rojo vivo.
Incluso puede ser tan grande el calor que son las corrientes que se utilizan en las cocinas de inducción para producir calor.
Una corriente induce en la chapa de la cazuela corrientes parásitas que la calientan. Estas cocinas no queman, por que solo hay corriente en la placa, el calo se produce en la cazuela.
La forma de minimizar al máximo estas corrientes consiste en dividir longitudinalmente el núcleo y aislar eléctricamente cada una de las partes, formando un paquete de chapas magnéticas.
De esta forma se consigue que cada una de estas divisiones o chapas abarque menos flujo, con lo que la f.e.m. inducida se reduce y, con ella, las corrientes parásitas.
Las chapas utilizadas para formar el núcleo son de un espesor de menos de un milímetro y se aíslan eléctricamente entre sí mediante una fina capa de barniz.
Además, a estas chapas magnéticas se las alea con silicio en un pequeño porcentaje para elevar la resistividad y, así, reducir considerablemente estas pérdidas.
Cuanto mayor sea la frecuencia de los campos alternos a la que se somete a los núcleos de hierro, más se calentarán éstos por efecto de las corrientes parásitas.
El empleo de altas frecuencias limita considerablemente el uso de metales conductores en los núcleos de bobinas.
¿Donde Se Usan?
Las corrientes de Foucault se utilizan para realizar la soldadura fuerte por inducción.
Las piezas que se van a soldar se colocan en medio de un campo magnético muy potente.
Las Corrientes de Foucault se utilizan en los sistemas de frenado, especialmente en pesados de mercancías de vehículos así como en determinados frenos de ferrocarril, en particular los TGV .
Estos frenos proporcionan comodidad, seguridad y rentabilidad gracias a la rareza de los ajustes (sin contacto, sin fricción mecánica).
Este tipo de frenado es tanto más efectivo cuanto mayor es la velocidad.
En ningún caso puede bloquear un vehículo parado.
Las propiedades de las corrientes parásitas también se utilizan en ensayos no destructivos o en placas de inducción, e incluso en metalurgia con hornos de inducción que calientan la masa metálica hasta su fusión.
El motor de campo giratorio también se basa en estas corrientes.
Los velocímetros de aguja también usan corrientes de Foucault.
Un imán está conectado a una rueda y está rodeado por un tubo de metal sostenido por un resorte en espiral que devuelve la aguja a cero.
Cuanto más rápido gira la rueda, mayor es la fuerza ejercida sobre el resorte y más se mueve la aguja desde su posición inicial.
Y por supuesto, como ya vimos, las corrientes parásitas también son responsables de las pérdidas (pérdidas por corrientes parásitas) en los circuitos magnéticos de las máquinas eléctricas alternas y en los transformadores.
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© Se permite la total o parcial reproducción del contenido, siempre y cuando se reconozca y se enlace a este artículo como la fuente de información utilizada.
Físico de origen francés, que vivió de 1819 a 1868 y fue premiado con numerosas distinciones.
Es a él a quien le debemos la invención del giroscopio y también la demostración de que la Tierra gira sobre sí misma gracias al péndulo de Foucault.
Pero lo que vamos a explicar en esta página nada tiene que ver con la astronomía, sino con la electricidad, y son las corrientes parásitas que llevan su apellido, las corrientes de Foucault.
Índice de Contenidos:
- Explicación del Fenómeno
- ¿Qué son las Corrientes de Foucault?
- Sentido de las Corrientes de Foucault
- ¿Qué Producen?
- Corrientes de Foucault en las Máquinas Eléctricas
- ¿Donde Se Usan?
Explicación del Fenómeno
Cuando tenemos un corriente eléctrica alterna por un conductor, alrededor del conductor se crea un campo magnético, según Oersted.
Esto también sucede, amplificado, cuando el conductor tiene forma de bobina.
Ese campo magnético será variable, ya que la corriente alterna también es variable (fíjate en la imagen de más abajo).
También sabemos por el descubrimiento de Faraday, que si un conductor es atravesado por un campo magnético variable o se mueve por un campo magnético estático, en el conductor se crea una fuerza electromotriz (fem) o tensión en sus extremos llamada fem inducida.
Si este conductor es parte de un circuito eléctrico cerrado, se creará una corriente por el conductor que circulará por el circuito eléctrico, gracias a la fem inducida (ver imagen más abajo).
Esta corriente generada en el conductor, es una corriente inducida por el campo variable que lo atraviesa y por eso se llama corriente inducida.
Podemos inducir corrientes moviendo un conductor por dentro de un campo magnético, o moviendo el campo dentro del conductor.
Fíjate en las siguiente animación, cómo se crea una corriente inducida.
Recuerda: Cuando un conductor de electricidad se mueve en un campo magnético o está rodeado por un campo magnético variable en el tiempo, se inducen corrientes en él.
Pues bien, si ahora tenemos una chapa metálica de cualquier metal, cobre hierro, etc., que es conductora como lo es un cable, y cercana a ella hay un circuito con corriente alterna, el campo magnético variable creado por el circuito de corriente alterna cortará o atravesará la chapa magnética.
En la animación de arriba sería cambiar el conductor o bobina de salida de la lámpara B, donde se induce la corriente, por una chapa o un núcleo metálico.
¿Qué Sucederá en la Chapa?
Como el metal de la chapa es un buen conductor de la corriente eléctrica, se generan en el una f.e.m. inducida.
Esta f.e.m. produce, a su vez, unas corrientes de circulación por la chapa metálica, llamadas corrientes parásitas o de Foucault, que se cierran, formando cortocircuitos, por las secciones transversales de dicho núcleo.
El primer experimento de corrientes parásitas lo llevó a cabo el físico francés Arago en 1824 cuando observó que una aguja magnética, que estaba unida a un disco de cobre giratorio, también giraba.
La aguja magnética provocaba corrientes parásitas en el disco de cobre, que tenían un efecto de arrastre sobre la aguja magnética.
Por supuesto, Arago aún no sabía cómo y por qué se producía este efecto.
En 1855, el físico francés Foucault especificó el experimento de Aragos y determinó que las corrientes eléctricas se generan en conductores eléctricos que se mueven en un fuerte campo magnético.
Precisamente las corrientes parásitas se han denominado durante mucho tiempo "Corrientes de Foucault".
Además estas corrientes, si son muy elevadas calentarán la chapa, porque ya sabemos que el calor es uno de los efectos del paso de la corriente eléctrica (efecto Joule).
En los primeros días de la ingeniería eléctrica, existían problemas importantes con las corrientes parásitas que se producían en los núcleos de hierro de los transformadores y las bobinas de hierro de los generadores y motores eléctricos.
No solo empeoraron la eficiencia de los sistemas, sino que también provocaron un calentamiento dañino de los componentes.
Por lo tanto, se decidió no construir los núcleos de los transformadores de hierro macizo, sino unir en capas a partir de placas de hierro delgadas que estaban aisladas unas de otras y todas juntas formar el bloque del núcleo.
Foucault ya había observado que las corrientes parásitas disminuyen cuando se divide el conductor (la chapa) por el que se crean y circulan.
Ahora definamos estas corrientes descubiertas por el.
¿Qué son Las Corrientes de Foucault?
Llamamos corrientes parásitas o de Foucault a las corrientes eléctricas creadas en una masa conductora (conductor, placa, chapa, etc.), ya sea por la variación en el tiempo de un campo magnético externo que cruza este medio (la chapa conductora), o por un desplazamiento de esta masa en un campo magnético constante.
Son consecuencia de la inducción magnética.
Dirección de las Corrientes de Foucault
Las corrientes de Foucault no tienen una dirección fija en el espacio, se les aplica la ley de Lenz.
Las corrientes de Foucault contrarrestan la causa de su formación.
Es decir serán contrarias a la causa que las produce (Ley de Lenz).
Por lo tanto intentarán contrarrestar el campo magnético que las produce.
Si las produce una corriente alterna, las corrientes de Foucault serán en todo momento de sentido contrario a la corriente alterna que la produce.
Fíjate en la bobina de un transformador alrededor de la chapa magnética.
Si pudiéramos detener en un instante las corrientes:
El campo magnético que crean las corrientes de Foucault (como cualquier otra corriente alterna) tienen que ser tal que sea capaz de contrarrestar el campo magnético creado por las corrientes alternas que las ha creado.
Por este motivo las corrientes de Foucault se emplean en algunos casos para frenos, como es el caso de los frenos magnéticos.
Aquí solo vamos analizar los efectos en las máquinas eléctricas de estas corrientes.
Si quieres saber su uso para los frenos vete al enlace anterior.
¿Qué Producen?
Cuando aparecen producen 2 fenómenos:
- Crean un campo magnético que se opone a la causa de la variación del campo externo (ley de Lenz).
- Provocan calentamiento por efecto Joule de la masa conductora por donde circulan.
Esto último es por lo que hay que tenerlas muy en cuenta el las máquinas eléctricas.
Corrientes de Foucault en Máquinas Eléctricas
Si observamos detenidamente los núcleos magnéticos de transformadores, motores y electroimanes de C.A., podremos observar que éstos están construidos con chapa magnética apiladas unas sobre otras.
Esto se hace así para evitar el efecto perjudicial de las corrientes parásitas o de Foucault.
Este efecto aparece, como ya sabemos, cuando se utilizan corrientes alternas.
Cuando estas corrientes variables recorren los bobinados de electroimanes, transformadores, motores o generadores, el núcleo de hierro queda sometido a la acción de un campo magnético variable.
Dado que el metal del núcleo es un buen conductor de la corriente eléctrica, se genera en él una f.e.m. inducida.
Esta f.e.m. produce, a su vez, unas corrientes de circulación por el hierro, las llamadas y ya vistas corrientes parásitas o de Foucault, que se cierran, formando cortocircuitos, por las secciones transversales de dicho núcleo.
Estas corrientes pueden llegar a alcanzar valores bastante elevados debido a la baja resistencia del hierro del que suele estar formado las chapas magnéticas de trafos y motores.
En consecuencia, el núcleo se calienta por efecto Joule.
El calor generado por las corrientes de Foucault puede llegar a ser muy elevado, especialmente en núcleos sometidos a flujos magnéticos alternos de considerable frecuencia, como es el caso de todos los transformadores, motores y generadores de corriente alterna.
Este fenómeno reduce considerablemente el rendimiento de las máquinas eléctricas; incluso puede llegar a calentar núcleos de gran sección hasta llegar al rojo vivo.
Incluso puede ser tan grande el calor que son las corrientes que se utilizan en las cocinas de inducción para producir calor.
Una corriente induce en la chapa de la cazuela corrientes parásitas que la calientan. Estas cocinas no queman, por que solo hay corriente en la placa, el calo se produce en la cazuela.
La forma de minimizar al máximo estas corrientes consiste en dividir longitudinalmente el núcleo y aislar eléctricamente cada una de las partes, formando un paquete de chapas magnéticas.
De esta forma se consigue que cada una de estas divisiones o chapas abarque menos flujo, con lo que la f.e.m. inducida se reduce y, con ella, las corrientes parásitas.
Las chapas utilizadas para formar el núcleo son de un espesor de menos de un milímetro y se aíslan eléctricamente entre sí mediante una fina capa de barniz.
Además, a estas chapas magnéticas se las alea con silicio en un pequeño porcentaje para elevar la resistividad y, así, reducir considerablemente estas pérdidas.
Cuanto mayor sea la frecuencia de los campos alternos a la que se somete a los núcleos de hierro, más se calentarán éstos por efecto de las corrientes parásitas.
El empleo de altas frecuencias limita considerablemente el uso de metales conductores en los núcleos de bobinas.
¿Donde Se Usan?
Las corrientes de Foucault se utilizan para realizar la soldadura fuerte por inducción.
Las piezas que se van a soldar se colocan en medio de un campo magnético muy potente.
Las Corrientes de Foucault se utilizan en los sistemas de frenado, especialmente en pesados de mercancías de vehículos así como en determinados frenos de ferrocarril, en particular los TGV .
Estos frenos proporcionan comodidad, seguridad y rentabilidad gracias a la rareza de los ajustes (sin contacto, sin fricción mecánica).
Este tipo de frenado es tanto más efectivo cuanto mayor es la velocidad.
En ningún caso puede bloquear un vehículo parado.
Las propiedades de las corrientes parásitas también se utilizan en ensayos no destructivos o en placas de inducción, e incluso en metalurgia con hornos de inducción que calientan la masa metálica hasta su fusión.
El motor de campo giratorio también se basa en estas corrientes.
Los velocímetros de aguja también usan corrientes de Foucault.
Un imán está conectado a una rueda y está rodeado por un tubo de metal sostenido por un resorte en espiral que devuelve la aguja a cero.
Cuanto más rápido gira la rueda, mayor es la fuerza ejercida sobre el resorte y más se mueve la aguja desde su posición inicial.
Y por supuesto, como ya vimos, las corrientes parásitas también son responsables de las pérdidas (pérdidas por corrientes parásitas) en los circuitos magnéticos de las máquinas eléctricas alternas y en los transformadores.
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