Corrente de Foucault
Corrente de Foucault, também conhecida por corrente parasita ou corrente de fuga ou ainda eddy current, é a corrente elétrica induzida dentro de um material condutor, quando sujeito a um campo magnético variável devido à lei de indução de Faraday. A corrente de Foucault flui em uma volta fechada dentro de um condutor, em planos perpendiculares, que pode ser induzida por um condutor estacionário próximo por um campo magnético variante criado por um eletroímã ou transformador, por exemplo, ou por um movimento relativo a um ímã e um condutor próximo. A magnitude da corrente em uma dada volta é proporcional ao campo magnético, à área da volta, à variação do fluxo e inversamente proporcional à resistividade do material.
A primeira pessoa a observar essa corrente foi François Arago, o 25° Primeiro Ministro da França, que também era matemático, físico e astrônomo. Em 1824 ele observou o que foi chamado de magnetismo rotativo, e que a maioria dos corpos condutores podiam ser magnetizados; estas descobertas foram completadas e explicadas por Michael Faraday (1791-1867). Em 1834, Heinrich Lenz estabeleceu a lei de Lenz, que afirma que o sentido do fluxo da corrente induzida em um condutor será tal que o campo magnético irá se opor à variação do fluxo magnético que causou o fluxo da corrente. Esta corrente produz um campo secundário que cancela a parte externa do campo e causa parte do fluxo externo a se desviar do condutor. O físico francês Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) foi creditado à descoberta dessa corrente. Em setembro de 1855, foi percebido o aumento na força necessária para rotacionar o aro de um disco de cobre quando colocado entre dois polos de um ímã, ao mesmo tempo, o disco se aquecia pela corrente induzida no metal. O primeiro uso da corrente de Foucault para teste não destrutivo ocorreu em 1879 quando David Edward Hughes usou o princípio para conduzir testes de triagem metalúrgica.
Um ímã induz correntes elétricas circulares em uma lâmina de metal passando por ele. Veja o diagrama à direita que mostra uma lâmina de metal (C) se movendo à direita sob de um ímã estacionário. O campo magnético B (flechas verdes) do polo norte N do ímã atravessam a lâmina para baixo. Já que o metal está se movendo, o fluxo magnético através da lâmina está variando. Na parte da folha sob a borda principal do imã (lado esquerdo) o campo magnético através da lâmina aumenta ao se aproximar do ímã, d B d t > 0 {\displaystyle {\operatorname {d} \!B \over \operatorname {d} \!t}>0} . Pela lei de indução de Faraday, isso cria um campo elétrico circular na lâmina em sentido anti-horário ao redor das linhas de campo magnético. Este campo induz um fluxo de corrente em sentido anti-horário I (flechas vermelhas), na lâmina. Esta é a corrente de Foucault. Na borda do fundo do ímã (lado direito) o campo magnético através da lâmina diminui, d B d t < 0 {\displaystyle {\operatorname {d} \!B \over \operatorname {d} \!t}<0} , induzindo uma segunda corrente de Foucault em sentido horário na lâmina.
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A corrente de Foucault em condutores de resistividade diferente de zero gera calor bem como forças eletromagnéticas. O calor pode ser utilizado para aquecimento por indução. As forças eletromagnéticas podem ser usadas para levitação, criar movimento ou para frenagens fortes. A corrente de Foucault também pode ter efeitos indesejáveis, como a dissipação de potência em transformadores. Nesta aplicação, ela é minimizada com placas finas, por laminação de condutores ou outros detalhes no formato do condutor. As correntes de Foucault auto induzidas são responsáveis pelo efeito pelicular em condutores. Este último por ser usado para testes não destrutivos de materiais para recursos geométricos, como micro trincas. Um efeito semelhante é o efeito de aproximação, que é causado por correntes de Foucault induzidas externas. Um objeto ou parte de um objeto sofre intensidade de campo constante e direção onde ainda há movimentação relativa do campo e o objeto (por exemplo no centro de um campo no diagrama), ou campos variados onde as correntes não podem circular devido à geometria do condutor. Nestas situações cargas coletam ou dentro do objeto e essas cargas produzem potenciais elétricos estáticos que se opõem qualquer corrente a mais. As correntes podem estar inicialmente associadas à criação de potenciais estáticos, mas devem ser transitórias e pequenas.
Equação de difusão
Em uma ligação metálica os elétrons estão espalhados analogamente a uma nuvem, deste modo a condução se deve ao movimento destes portadores de carga de forma "livre" no interior do sólido, portanto bons condutores metálicos, sendo paramagnéticos ou diamagnéticos, estes portadores se movem de modo a minimizar interações e colisões entre a estrutura do sólido e a os próprios elétrons, podendo apresentar um caminho livre da ordem de 10 − 7 {\displaystyle 10^{-7}} m. Assim, temos o conceito de velocidade de deriva, definida por: Deste modo o campo elétrico gera uma corrente que pode ser dada por: sendo n {\displaystyle n} o número de portadores, e {\displaystyle e} a carga do elétron e E {\displaystyle E} o campo elétrico. Esta equação é válida para o caso de bons condutores, pois a influência do campo magnético no condutor é desprezível.
Dissipação de potência
Sob certas condições (material uniforme, campo magnético uniforme, sem efeito pelicular, etc.) a potência dissipada (P) devido à corrente de Foucault por unidade de massa por uma lâmina fina ou por um fio pode ser calculada pela seguinte equação: onde B p {\displaystyle B_{\text{p}}} é o pico do campo magnético (T), d {\displaystyle d} a espessura da lâmina ou o diâmetro do fio (m), f {\displaystyle f} a frequência (Hz), k {\displaystyle k} é constante igual a 1 para uma lâmina fina e 2 para um fio fino, ρ {\displaystyle \rho } a resistividade do material (Ω/m) e D {\displaystyle D} a densidade do material (kg/m3). Esta equação é valida apenas nas chamadas condições quasi-estáticas, onde a frequência da magnetização não resulta no efeito pelicular, que, a onda eletromagnética atravessa completamente o material.
Efeito pelicular
O efeito pelicular, também conhecido como efeito capilaridade ou ainda skin effect, em condutores é uma manifestação de um caso particular de corrente de Foucault, na qual a corrente elétrica tende a fluir na periferia de um condutor longo e retilíneo. Esta "profundidade" com o campo penetra, consequentemente a corrente, pode ser dada por: Portanto quanto maior a frequência, menor será a penetração do campo.
Freio electromagnético por corrente de Foucault
Freio eletromagnético por corrente de Foucault , também conhecido inglês eddy current break ou induction break, em português pode gerar confusão com o freio eletromagnético (eletromecânico) que utiliza força magnética para mover um objeto e mecanicamente por atrito gerar a frenagem. Porem no freio utilizando corrente de Foucault é através de uma força eletromagnética que atravessa um imã permanente próximo ao um condutor em movimento relativo, assim quando campo e ativado gera a frenagem devido ao campo contrario gerado pela corrente de Foucault induzida no condutor. Sendo este tipo de freio empregado em montanhas russas, trem de baixa velocidade e como freio secundário em caminhões e trailers .
Efeitos repulsivos e levitação
Pode ser visto muitas experiências na internet , ilustrando o efeito de levitação devido a energizar um eletroímã sobre um superfície condutora , assim o gerando campo magnético, que induz uma corrente na superfície que gera um campo magnético contrario ao do imã, assim se magnitude da força do campo for maior que o peso do eletro ima ele levitará . Por mais que esta seja uma forma fácil de ilustrar o fenômeno, existem diversas aplicações mais engenhosas, como os grandes transportes terrestres por levitação na Alemanha, no Japão, nos EUA e no Reino Unido, além de sistemas de lançamento de mísseis, nos quais o efeito ajuda a diminuir o atrito com o suporte de lançamento.
Sensores de vibração e posição
A corrente de Foucault é gerada por meio da variação de um campo magnético sobre uma superfície condutora, na aplicação do sensor de movimento e vibração, o sensor sobre o condutor emite um campo magnético estacionário, ou seja, é constante no tempo, fazendo com que não haja alteração no campo e não induza corrente no condutor. Porém, quando o condutor se move, o campo magnético varia, assim gerando corrente de Foucault e esta, por sua vez, gerando um campo magnético. Assim, o sensor detecta a alteração no campo magnético e, quanto maior for essa alteração, maior é o deslocamento.
Teste estrutural
Este método consiste em utilizar um solenoide para detectar variações no campo magnético gerado, sabendo que a corrente de Foucault gera um campo contrário ao original, temos que há uma redução neste campo, portanto analisando a indutância através da mudança na impedância do solenoide podemos detectar falhas no metal, pois sabemos que a corrente induzida, quando CA, tende a percorrer o condutor em sua superfície, por conta do efeito pelicular, deste modo a indutância varia quando a corrente passa por uma falha ou rachadura.
