Las corrientes de Foucault son las corrientes inducidas en las masas de metálicos conductores que están inmersos en un campo magnético variable o que, en movimiento, a través de un campo magnético constante o variable. En cualquier caso, es la variación del flujo magnético la que genera estas corrientes. El fenómeno fue descubierto por el físico francés Jean Bernard Léon Foucault en 1851.
En alta frecuencia: utilizando núcleos con materiales magnéticos que tengan baja conductividad eléctrica (como por ejemplo ferrita).
Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. 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. A su vez disminuyen la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magnéticos variables, como los transformadores de núcleo de hierro y los motores eléctricos. Estas pérdidas se pueden minimizar considerablemente.
¿Cómo funcionan las corrientes de Foucault?
Las corrientes de Foucault son causadas por el movimiento (o variación) del campo magnético que pasa a través de un conductor. El movimiento relativo genera la circulación de electrones, es decir, la corriente, en el conductor, de acuerdo con la ley de Faraday. Estos electrones, moviéndose en vórtices, generan a su vez un campo magnético en la dirección opuesta a la variación del campo magnético aplicado (ver la ley de Lenz). El fenómeno se acentúa:
- con el aumento del campo magnético aplicado (si es sinusoidal con el cuadrado de la amplitud )
- Con el aumento de la conductividad del conductor atravesado por el campo magnético.
- Con una velocidad relativa creciente entre el campo magnético y el conductor.
- si el campo magnético es variable periódicamente con el aumento de su frecuencia (si es sinusoidal con ley proporcional al cuadrado de la frecuencia)
En este caso, cuanto mayor es la intensidad de las corrientes de vórtice que se desarrollan y más fuerte es el campo magnético que generan (y se oponen al campo magnético original).
La corriente que se desarrolla en el conductor tiene una forma giratoria porque los electrones están sujetos a la Fuerza de Lorentz, que es perpendicular a la dirección de los electrones en movimiento. Por lo tanto, giran hacia la derecha o hacia la izquierda, dependiendo de la dirección del campo aplicado y de la variación del campo aumentando o disminuyendo. La resistividad del conductor amortigua estas corrientes.
Las corrientes de Foucault generan pérdidas de energía al calentar el conductor (efecto Joule). Este fenómeno en muchas aplicaciones es negativo porque esta generación de calor no tiene ningún efecto útil. Por ejemplo, en transformadores y motores eléctricos se determina una disminución en la eficiencia.
Estas pérdidas pueden atenuarse eligiendo un núcleo magnético que tenga una baja conductividad (por ejemplo: ferrita, acero al silicio) o subdividiendo el núcleo magnético en capas delgadas, aisladas eléctricamente (laminación). De esta manera, los electrones no pueden cruzar la capa aislante entre las laminaciones y el área encerrada por su trayectoria se reduce.
De modo que cuanto mayor sea el número de laminaciones por unidad de área, paralelas al campo magnético aplicado, mayor será la reducción de las corrientes dispersas. Las pérdidas actuales de parásitos no siempre son un fenómeno no deseado.
Ejemplos donde se utilizan las corrientes de Foucault
- El freno magnético utilizado en trenes y atracciones para parques de atracciones. En el primer caso, durante el frenado, se aplica un campo magnético a la rueda de metal mediante un electroimán que genera las corrientes de fuga en la rueda. Estas corrientes encuentran resistencia al fluir a través del metal generando calor y esto aumenta la fricción, permitiendo un frenado más intenso con menos posibilidades de deslizamiento de la rueda en las vías. En el segundo caso, se utilizan imanes permanentes, a través de los cuales pasa una cuchilla de un buen metal conductor (cobre o aluminio).
- Trenes de levitación electromagnética que utilizan motores lineales.
- Reciclaje de residuos: se utiliza para separar las latas de aluminio, induciendo un campo magnético en ellas.
- Superconductores. Los superconductores generan corrientes sin pérdidas. Las corrientes de dispersión que se producen son iguales y opuestas al campo magnético externo, por lo que resultan nulas, lo que permite la levitación magnética.
- Ensayos estructurales no destructivos (NDT). Las corrientes de dispersión se usan comúnmente para pruebas no destructivas y para examinar defectos en una gran cantidad de estructuras metálicas, por ejemplo: intercambiadores de calor, fuselajes y otras partes estructurales de aeronaves.
- Generar calor en hornos de inducción.
- Cocinas de inducción.
- Sistemas electrónicos de reconocimiento de monedas (máquinas expendedoras).
- Micrófonos dinámicos.
- Sensores de proximidad.
