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Correntes de Foucault

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Origem do termo

O termo corrente de Foucault provém de correntes análogas observadas na água ao remar usando um remo, causando áreas localizadas de turbulência conhecidas como turbilhões e vórtices. Algo analogamente, as correntes de Foucault podem levar tempo para se acumular e podem persistir por tempos muito curtos nos condutores devido à sua indutância.

Definição

As correntes de Foucault são laços fechados de corrente induzida que irculam em planos perpendiculares ao fluxo magnético. Eles normalmente viajam paralelamente ao enrolamento da bobina eo fluxo é limitado à área do campo magnético indutor.

As correntes de Foucault concentram-se perto da superfície adjacente a uma bobina de excitação e a sua resistência diminui com a distância da bobina, isto é, a densidade de Foucault diminui exponencialmente com a profundidade

O que é

Uma corrente de Foucault é um redemoinho de resistência gerada quando dois campos eletromagnéticos se cruzam. Ele circula em uma direção que se opõe à corrente original. A resistência resultante da colisão dos dois campos efetivamente converte parte da energia elétrica presente em calor, um subproduto indesejável quando a intenção é o simples transporte de eletricidade, como em um transformador.

Outras aplicações, no entanto, aproveitar o magnetismo oposto de correntes de Foucault para alcançar outros resultados, incluindo a identificação de metais, testando as propriedades dos materiais e montagens técnicas ea travagem de vagões de ferro.

Eletricidade - Magnetismo

Eletricidade – Magnetismo

Em aplicações eletromagnéticas, como transformadores, onde o ponto é conduzir eletricidade com interferência mínima, a construção especial é necessária para garantir que uma corrente de Foucault não impeça a força elétrica primária. As camadas de material condutor são separadas por camadas de material isolante.

O resultado é que a atração magnética natural de uma força oposta ao material condutor é fragmentada e não tem a chance de formar uma corrente de Foucault contraproducente.

Às vezes, a geração de calor por meio das correntes de Foucault é o ponto, mais notavelmente em fornos industriais usados para derreter metais.

Os fogões de indução residenciais contam com o mesmo princípio, pelo qual o campo eletromagnético de um queimador reage com o campo magnético de utensílios de ferro especiais. O calor ocorre apenas quando as duas superfícies se encontram, de modo que o resto do fogão não fica quente.

Dois usos de baixa tecnologia para as correntes de Foucault são encontrados em máquinas de venda automática e reciclagem.

Numa máquina de venda automática, um íman estacionário fará com que um item inválido, tal como uma lingueta de aço, seja rejeitado. Em uma escala muito maior, tipos de latas e outros metais recicláveis podem ser classificados, porque cada metal responde à força magnética oposta em sua própria maneira.

Em um freio de corrente de Foucault, a resistência magnética é grande o suficiente para parar um vagão de ferro. Num sistema comparável ao atrito, a força magnética aplicada resiste ao movimento das rodas de aço. Como as rodas lento, a resistência diminui, permitindo uma desaceleração gradual e suave parar. Os mecanismos de corte para ferramentas eléctricas tais como serras circulares funcionam de forma semelhante.

Como as rodas lentas, a resistência diminui, permitindo uma desaceleração gradual e um suave parar. Os mecanismos de corte para ferramentas elétricas tais como serras circulares funcionam de forma semelhante.

A inspeção das corrente de Foucault permite a análise não destrutiva de metais condutores e montagens que os contenham.

Com esta técnica, o inspetor induz uma corrente de Foucault no material de teste e então procura irregularidades no fluxo da corrente.

Por exemplo, uma descontinuidade na interação dos dois campos magnéticos pode indicar a presença de uma fissura. Este tipo de teste é sensível o suficiente para verificar se há alterações na espessura de um material, corrosão ou outras condições indesejáveis e ocultas.

História

A primeira pessoa a observar as correntes de Foucault foi François Arago (1786-1853), o 25º Primeiro Ministro da França, que também foi matemático, físico e astrônomo.

Em 1824 ele observou o que foi chamado de magnetismo rotatório, e que os corpos mais condutores poderiam ser magnetizados.

Essas descobertas foram completadas e explicadas por Michael Faraday (1791-1867).

Em 1834, Heinrich Lenz declarou a lei de Lenz, que diz que a direção do fluxo de corrente induzida em um objeto será tal que o campo magnético substituirá a troca de campo magnético que causou o fluxo de corrente.

As correntes de Foucault produzem um campo secundário que cancela uma parte do campo externo e faz com que parte do fluxo externo evite o condutor.

O físico francês Léon Foucault (1819-1868) é creditado como ter descoberto as correntes de Foucault.

Em setembro de 1855, descobriu que a força necessária para a rotação de um disco de cobre torna-se maior quando é feita girar com seu rebordo entre os pólos de um ímã, o disco ao mesmo tempo se aquecendo com a corrente de turbilhão – aluguel induzido no metal.

O primeiro uso de corrente de Foucault para testes não destrutivos ocorreu em 1879, quando David E. Hughes usou os princípios para realizar testes de classificação metalúrgica.

Correntes de Foucault

Experiência de Foucault (1855)
Experiência de Foucault (1855)

Em 1824 Gambey observou que o movimento oscilatório de uma agulha magnética terminava m ais rapidamente se a agulha estivesse numa caixa de metal do quando estava numa caixa de madeira.

François Arago investigou (1824) o fenômeno e descobriu que uma placa de cobre debaixo da agulha provocava o amortecimento do seu m ovimento. Também descobriu (1825) que um disco de cobre a rodar sobre uma agulha m agnética arrastava a agulha no seu m ovimento: rotações de Arago

Na explicação daqueles fenómenos supôs-se existir um “magnetismo de rotação” sobre oqual se especulou durante alguns anos até que Michael Faraday explicou (1832) os fenômenos através da indução magnética.

Movendo-se um íman permanente perto de uma massa ou uma placa de metal induzem-se forças eletromotrizes, que em minúsculos percursos formando um circuito elétrico f echado, dão origem a correntes elétricas.

Essas correntes elétricas circulando na massa do metal dão origem, por efeito Joule, a uma dissipação de energia em calor.

A existência dessas correntes elétricas no interior do campo magnético do íman produz, de acordo com a Lei de Lenz, forças eletromecânicas que tendem a diminuir o movimento relativo do íman e da placa

As experiências de Foucault (1855) demonstraram que se uma força externa mantiver em movimento um disco de material condutor no interior de uma campo magnético permanente criado por um eletroíman, o disco aquecerá como consequência das correntes elétricas que nele circulam.

Surgiu, desta forma, o nome de correntes de Foucault, adotado em Portugal para designar essas correntes, que como correntes turbilhonares (“eddy currents”) já eram conhecidas antes dos trabalhos de Foucault.

O efeito amortecedor do movimento, criado pelas correntes de Foucault, é utilizado em alguns tipos de contadores de energia elétrica para estabilizar o movimento da parte móvel

Também as correntes elétricas alternadas dão origem a um campo magnético alternado que é responsável pelo aparecimento decorrentes de Foucault nas massas de material metálico vizinhas do circuito elétrico ondecirculam aquelas correntes alternadas.

Para diminuir o desenvolvimento de correntes de Foucault utilizam-se massas folheadas de metal, ou planos fendidos, o que reduz o tamanho dos circuitos onde se desenvolvem as correntes de Foucault, e aumenta-se a resistividade desses materiais dopando-os; como, por exemplo, na chapa de aço silicioso.

 

Pêndulo de Foucault

Pêndulo de Foucault
Pêndulo de Foucault

O movimento de um pêndulo é determinado somente pela força peso aplicada em seu centro de massa. Essa força pode ser decomposta em duas: uma componente dirigida no sentido radial e outra dirigida no sentido tangencial. E é esta última, mais especificamente, que contribui para o movimento, pois a componente radial é contrabalançada pela reação do apoio, por intermédio do fio de sustentação. Supondo desprezíveis os outros efeitos do atrito, nenhuma outra força age sobre o sistema.

Em conseqüência, o movimento pendular terá sempre uma direção: a da componente tangencial da força peso. Ainda mais, a componente radial e a tangencial definem um plano no qual o pêndulo é constrangido a oscilar: não pode fugir dele, ainda que o chão esteja em movimento. O plano de oscilação de pêndulo é determinado pelas condições iniciais, isto é, pela maneira como foi dado o primeiro “empurrão”. Então, se o pêndulo fosse montado sobre uma base giratória, mesmo que a base girasse, ele permaneceria oscilando em um mesmo plano.

E um pêndulo sobre a superfície da Terra? Na verdade, o planeta, com seu movimento de rotação, é uma imensa base girante para qualquer pêndulo. Desse modo, um pêndulo serve para demonstrar, de maneira simples e indiscutível, a rotação de que está animado o planeta. Quando é empregado com esse objetivo, recebe o nome de “pêndulo de Foucault”.

Correntes de Foucault

Quando o eixo de oscilação do pêndulo é paralelo ao eixo de rotação da Terra – o que somente acontece quando ele está situado em um dos pólos -, observa-se que seu plano de oscilação gira 360º em 24 horas.

Pantheon de Paris

Pantheon de Paris

O pêndulo de Foucault – em sua versão mais simples – exige pouco para ser construído. É dotado de uma grande massa metálica, de preferência com formato esférico. Nessa bola pesada existe na parte superior um gancho para sua sustentação, e na parte inferior uma ponta em forma de agulha. O fio de sustentação deve ser fino e inextensível. A maior dificuldade na realização de uma experiência com um pêndulo de Foucault não está na sua construção, mas na instalação. A altura do teto deve ser grande, pois a experiência exige um pêndulo de comprimento mínimo de três metros. E isso tem uma razão: quanto maior o comprimento do pêndulo, tanto menor é o número de oscilações que ele executa por segundo. Em outras palavras, sua velocidade e a conseqüente resistência do ar são menores. A massa do corpo suspenso não influi no período; é conveniente, contudo, que ela seja razoavelmente elevada para que o fio de suspensão se mantenha sempre firmemente esticado. O formato do corpo deve ser esférico, o que garante melhor estabilidade.

No interior do recinto não devem existir correntes de ar, que perturbariam o movimento pendular. Mesmo as variações de temperatura são prejudiciais: o lugar deve ser termicamente isolado do exterior. Os melhores pêndulos de Foucault já construídos estão localizados na cúpula do Pantheon, em Paris, e na Igreja de São Basílio, em Moscou.

Fonte: www.princeton.edu/www.innospection.com/www.wisegeek.com/br.geocities.com

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