Corriente de Foucault

Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado (ver Ley de Lenz).

[1]​ En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos.

Más concretamente, dichas corrientes transforman formas útiles de energía, como la cinética, en calor no deseado, por lo que generalmente es un efecto inútil, cuando no perjudicial.

En alta frecuencia: utilizando núcleos con materiales magnéticos que tengan baja conductividad eléctrica (como por ejemplo ferrita) En baja frecuencia: utilizando delgadas hojas de acero eléctrico, apiladas pero separadas entre sí mediante un barniz aislante u oxidadas tal que queden mutuamente aisladas eléctricamente.

Se acumulan cargas en los extremos del laminado, en un proceso análogo al efecto Hall, produciendo campos eléctricos que se oponen a una mayor acumulación de cargas y a su vez eliminando las corrientes de Foucault.

Si se hace oscilar un péndulo constituido por una placa de cobre entre los polos de un electroimán, se observará que se va frenando hasta pararse por completo, produciéndose este efecto más rápidamente cuanto mayor sea la intensidad del campo.

Como el cobre es un buen conductor y la placa ofrece una gran sección al paso de la corriente, su resistencia óhmica es pequeña y las corrientes inducidas intensas.

[1]​ La energía cinética del péndulo en movimiento, por el principio conservación, se transforma en calor por el efecto Joule.

Un imán induce corrientes eléctricas circulares en una placa metálica que se desplaza a través de su campo magnético.

El esquema muestra una placa metálica (C) que se desplaza hacia la derecha bajo un imán estacionario.

Este campo induce un flujo de corriente eléctrica en sentido contrario a las agujas del reloj (I, rojo), en la lámina.

Otra forma equivalente de entender la corriente es ver que los portadores de cargas libres (electroness) en la lámina metálica se mueven con la lámina hacia la derecha, por lo que el campo magnético ejerce una fuerza lateral sobre ellos debido a la fuerza de Lorentz.

Como la velocidad v de las cargas está a la derecha y el campo magnético B está dirigido hacia abajo, a partir de la regla de la mano derecha la fuerza de Lorentz sobre las cargas positivas F = q(v × B) es hacia la parte posterior del diagrama (a la izquierda cuando se mira en la dirección del movimiento v).

Esto provoca una corriente I hacia la parte trasera bajo el imán, que circula por partes de la lámina fuera del campo magnético, en el sentido de las agujas del reloj hacia la derecha y en sentido contrario hacia la izquierda, hasta la parte delantera del imán de nuevo.

Los portadores de carga móviles en el metal, los electrones, tienen en realidad una carga negativa (q < 0), por lo que su movimiento es de dirección opuesta a la corriente convencional mostrada.

El campo magnético del imán, actuando sobre los electrones que se mueven lateralmente bajo el imán, ejerce entonces una fuerza de Lorentz dirigida hacia atrás, opuesta a la velocidad de la lámina metálica.

Los electrones, en las colisiones con los átomos de la red metálica, transfieren esta fuerza a la lámina, ejerciendo una fuerza de arrastre sobre la lámina proporcional a su velocidad.

La energía cinética que se consume al superar esta fuerza de arrastre se disipa en forma de calor por las corrientes que fluyen a través de la resistencia del metal, por lo que el metal se calienta bajo el imán.

Ambas fuerzas se oponen al movimiento de la hoja.

También pueden ser usados para inducir un campo magnético en latas de aluminio, lo que permiten que estas sean fácilmente separables de otros elementos reciclables.

Los superconductores permiten una conducción perfecta, sin pérdidas, que crean corrientes de Foucault iguales y opuestas al campo magnético externo, permitiendo de esta manera la levitación magnética.

Las corrientes de Foucault se emplean aún en ensayos no destructivos para detectar discontinuidades superficiales y medir conductividad eléctrica en metales no magnéticos.

La resistencia eléctrica entre las placas genera un efecto de arrastre análogo a la fricción, que disipa la energía cinética del carro.

Aunque la pérdida de energía útil resulta casi siempre indeseable, a veces tiene algunas aplicaciones prácticas.

Las corrientes de Foucault encuentran resistencia mientras circulan a través del metal, y disipan energía en forma de calor, haciendo que las ruedas disminuyan su velocidad.

Cuanto más rápido giren las ruedas, más fuerte será el efecto, resultando que a medida que el tren disminuye su velocidad, también lo hará la fuerza de frenado, consiguiéndose un frenado suave proporcional a la velocidad de las ruedas.

Si se toma en la chapa una espira diferencial, su resistencia será

siendo Eef la tensión eficaz, cuyo valor en función del máximo, Em, es

Esto no quiere decir que las corrientes hayan desaparecido, sino que debido a la limitación de la banda donde actúa, limitado por los cortes realizados, estas se ven muy mermadas.

Esta construcción no produce la disminución del flujo magnético, pues se dispone siempre según el plano que recorren las líneas de fuerza.

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 .
Las corrientes de Foucalt ( I , rojo ) inducidas en una placa de metal conductora de la electricidad (C) cuando se desplaza hacia la derecha bajo un imán (N) . El campo magnético ( B , verde ) apunta hacia abajo atravesando la placa. La fuerza de Lorentz del campo magnético sobre los electrones en el metal induce una corriente lateral por efecto del imán. El campo magnético, actuando sobre los electrones que se desplazan de manera lateral, crea una fuerza de Lorentz opuesta a la velocidad de la placa, lo cual actúa como fuerza de resistencia sobre la placa. Las flechas azules son campo magnéticos opuestos generados por el movimiento circular de la cargas.
Fuerzas actuando sobre un electrón en una placa de metal expuesta ante un imán, que explican el origen de la fuerza de resistencia al movimiento. El punto rojo e 1 muestra un electrón de conducción en la placa justo después a chocado con un átomo, y e 2 muestra al mismo electrón luego de que ha sido acelerado por el campo magnético. En promedio en e 1 el electrón posee la misma velocidad que la placa ( v , flecha negra ) en la dirección + x . El campo magnético ( B , flecha verde ) del polo magnético Norte del imán se orienta en dirección decendente en − y . El campo magnético produce una Fuerza de Lorentz que actúa sobre el electrón (flecha rosada) F 1 = − e ( v × B ) , donde e es la carga eléctrica del electrón. Dado que el electrón posee una carga negativa, aplicando la regla de la mano derecha esta fuerza se dirige en dirección + z . En e 2 la fuerza le provee al electrón una componente de velocidad en dirección lateral ( v 2 , flecha negra ) El campo magnético que actúa sobre esta componente lateral de la velocidad, entonces produce una fuerza de Lorentz en la partícula F 2 = − e ( v 2 × B ) . Aplicando la regla de la mano derecha, la fuerza se dirige en dirección − x , opuesta a la de la velocidad v de la placa metálica. Esta fuerza acelera al electrón otorgándole una componente de velocidad opuesta a la placa. El choque de estos electrones con los átomos en la placa producen una fuerza de rozamiento sobre la placa.
Freno mediante corriente de Foucalt. La parte del polo magnético Norte (superior) en este esquema se encuentra más separado del disco que el polo Sur; esto solo se hace para poder mostrar las corrientes eléctricas. En el caso de un freno real mediante corrientes de Faucalt las partes de los dos polos se encuentran ubicadas tan cerca del disco como sea posible.
Contador por corriente de Foucault
El uso de laminaciones en los núcleos magnéticos de los transformadores mejoran mucho la eficacia al minimizarse las corrientes de Foucault.
(Izquierda) Corriente de Foucault (I, en rojo) en un transformador sólido de hierro. (Derecha) En el caso de un transformador de hierro hecho de láminas finas paraleles al campo (B, verde), con aislante entre ellas, se reducen las corrientes de Foucault.