El corrent de Foucault és un fenomen elèctric descobert pel físic francès Léon Foucault l'any 1851. En electromagnetisme, un corrent de Foucault és un bucle de corrent elèctric induït dins dels conductors per un camp magnètic canviant en el conductor segons la llei d'inducció de Faraday o pel moviment relatiu d'un conductor en un camp magnètic. Els corrents de Foucault flueixen en llaços tancats dins dels conductors, en plans perpendiculars al camp magnètic. Poden ser induïda dins dels conductors estacionaris propers per un camp magnètic variable en el temps creat per un electroimant o un transformador de CA, per exemple, o pel moviment relatiu entre un imant. i un conductor proper. La magnitud del corrent en un bucle donat és proporcional a la força del camp magnètic, l'àrea del bucle i la velocitat de canvi del flux, i inversament proporcional a la resistivitat del material.David Halliday, Robert Resnick. Physics, Parts I and II 3rd Edition. (1978) 1089 pag. ISBN 047134530X, ISBN 978-0471345305 Quan es representen gràficament, aquests corrents circulars dins d'una peça de metall semblen vagament remolins o remolins en un líquid.
Per la llei de Lenz, un corrent de Foucault crea un camp magnètic que s'oposa al canvi en el camp magnètic que l'ha creat i, per tant, els corrents de Foucault reaccionen a la font del camp magnètic. Per exemple, una superfície conductora propera exercirà una força d'arrossegament sobre un imant en moviment que s'oposa al seu moviment, a causa dels corrents de Foucault induïts a la superfície pel camp magnètic en moviment. Aquest efecte s'utilitza en els frens elèctrics que s'utilitzen per aturar la rotació d'eines elèctriques ràpidament quan s'apaguen. El corrent que travessa la resistència del conductor també dissipa energia en forma de calor en el material. Així, els corrents de Foucault són una causa de pèrdua d'energia en els inductors, transformadors, motors elèctrics i generadors de corrent altern (CA), i altres maquinàries de CA. , que requereixen una construcció especial com ara nuclis magnètics laminats o nucli de ferrites per minimitzar-los. Els corrents de Foucault també s'utilitzen per escalfar objectes en forns i equips d'escalfament per inducció, i per detectar esquerdes i defectes en peces metàl·liques mitjançant instruments de assaig de corrents de Foucault.
Apareix quan un conductor és sotmès a un camp magnètic variable, a causa del moviment relatiu entre el camp i el conductor, o a les variacions del camp amb el temps. Això causa un flux d'electrons o corrent dins el conductor. Aquests corrents circulars creen electroimants amb camps magnètics que s'oposen al camp original.
Els corrents de Foucault poden generar moltes pèrdues d'energia en forma de calor i també crear forces repulsives entre el conductor i el camp originari que es poden emprar per a crear levitació, moviment o un fort efecte de frenada.
Els corrents de Foucault se solen minimitzar amb plaques fines, mitjançant la laminació dels conductors, com ara en els transformadors amb nuclis laminats.
Origen del terme El terme corrent de Foucault prové de corrents anàlegs observats en l'aigua en arrossegar un rem en el sentit d'empènyer: les turbulències locals conegudes com a remolins donen lloc a vòrtexs persistents. De manera una mica anàloga, els corrents de Foucault poden trigar un temps a acumular-se i poden persistir durant molt de temps als conductors a causa de la seva inductància.
Història La primera persona que va observar corrents de Foucault va ser François Arago (1786–1853), president del Consell de Ministres de la 2a República Francesa durant el breu període del 10 de maig al 24 de juny de 1848 (equivalent a la posició actual de el primer ministre francès), que també va ser matemàtic, físic i astrònom. El 1824 va observar el que s'ha anomenat magnetisme rotatori, i que la majoria de cossos conductors es podien magnetitzar; aquests descobriments van ser completats i explicats per Michael Faraday (1791–1867).
El 1834, Emil Lenz va declarar la llei de Lenz, que diu que la direcció del flux de corrent induït en un objecte serà tal que el seu camp magnètic s'oposarà al canvi de flux magnètic que va provocar el flux de corrent. Els corrents de Foucault produeixen un camp secundari que cancel·la una part del camp extern i fa que una part del flux extern eviti el conductor.
El físic francès Léon Foucault (1819–1868) se li atribueix haver descobert els corrents de Foucault. El setembre de 1855, va descobrir que la força necessària per a la rotació d'un disc de coure es fa més gran quan es fa girar amb la seva vora entre els pols d'un imant, el disc al mateix temps s'escalfa pel corrent de Foucault induït en el metall. El primer ús de corrents de Foucault per a proves no destructives es va produir el 1879 quan David E. Hughes va utilitzar els principis per dur a terme proves de classificació metal·lúrgica.
Teoria miniatura|Corrents de Foucault (, vermell) induït en una placa metàl·lica conductora (C) mentre es mou cap a la dreta sota un imant (N). El camp magnètic (, green) es dirigeix cap avall a través de la placa. La força de Lorentz del camp magnètic sobre els electrons del metall indueix un corrent lateral sota l'imant. El camp magnètic, actuant sobre els electrons que es mouen lateralment, crea una força de Lorentz oposada a la velocitat de la làmina, que actua com a força d'arrossegament sobre la làmina. Les fletxes blaves són contracamps magnètics generats pel moviment circular de les càrregues. miniatura|Forces sobre un electró a la làmina metàl·lica sota l'imant, que expliquen d'on prové la força d'arrossegament a la làmina. El punt vermell e1 mostra un electró de conducció a la làmina just després d'haver sofert una col·lisió amb un àtom, i e2 mostra el mateix electró després d'haver estat accelerat pel camp magnètic. De mitjana a e1 l'electró té la mateixa velocitat que la làmina (v, fletxa negra) en la direcció +x. El camp magnètic (B, fletxa verda) del pol nord N de l'imant es dirigeix cap avall en la direcció -y. El camp magnètic exerceix una força de Lorentz sobre l'electró (fletxa rosa) de F1 = −e(v × B), on e és la càrrega de l'electró. Com que l'electró té una càrrega negativa, des de la regla de la mà dreta aquesta es dirigeix en la direcció +z. A e2, aquesta força dona a l'electró una component de velocitat en direcció lateral (v2, fletxa negra) El camp magnètic que actua sobre aquesta velocitat lateral, després exerceix una força de Lorentz sobre la partícula de F2 = −e(v2 × B). A partir de la regla de la mà dreta, aquesta es dirigeix en la direcció -x, oposada a la velocitat v de la xapa metàl·lica. Aquesta força accelera l'electró donant-li una component de velocitat oposada a la làmina. Les col·lisions d'aquests electrons amb els àtoms de la làmina exerceixen una força d'arrossegament sobre la làmina. miniatura|Fre de Foucault. La peça del pol magnètic nord (superior) en aquest dibuix es mostra més lluny del disc que el sud; això és només per deixar espai per mostrar els corrents. En un fre de corrent de Foucault real, les peces polars es col·loquen tan a prop del disc com sigui possible. Un imant indueix corrent elèctric circulars en una làmina metàl·lica que es mou pel seu camp magnètic. El diagrama adjunt mostra una làmina de metall que es mou cap a la dreta amb una velocitat sota un imant estacionari. El camp magnètic (en fletxes verdes) del pol nord de l'imant passa a través de la làmina metàl·lica.
Com que el metall es mou, el flux magnètic a través d'una àrea determinada de la làmina està canviant. En particular, la part de la làmina que es mou cap a la vora de l'imant (el costat esquerre) experimenta un augment de la densitat de flux magnètic . Aquest canvi en el flux magnètic, al seu torn, indueix una força electromotriu (EMF) circular a la làmina, d'acord amb la llei d'inducció de Faraday, que exerceix una força sobre els electrons de la làmina, provocant un moviment en sentit contrari a les agulles del rellotge. corrent circular al full. Això és un corrent de Foucault. De la mateixa manera, la part de la làmina que s'allunya de la vora de l'imant (el costat dret) experimenta una disminució de la densitat de flux magnètic , induint un segon corrent de Foucault. , aquesta vegada en el sentit de les agulles del rellotge. Com que els electrons tenen una càrrega negativa, es mouen en sentit contrari al corrent convencional mostrat per les fletxes.
Una altra manera equivalent d'entendre l'origen dels corrents de Foucault és veure que els portadors de càrregues (electrons) lliures de la làmina metàl·lica es mouen amb la làmina cap a la dreta, de manera que el camp magnètic exerceix una força de Lorentz lateral sobre ells donada per . Com que la càrrega dels electrons és negativa, per la regla de la mà dreta la força és cap a la dreta mirant en la direcció del moviment del full. Per tant, hi ha un flux d'electrons cap a l'espectador sota l'imant. Això es divideix en dues parts, fluint a dreta i esquerra al voltant de l'imant fora del camp magnètic cap a l'extrem de l'imant en dos remolins circulars. Com que els electrons tenen una càrrega negativa, la direcció de les fletxes del corrent convencional mostrada és en la direcció oposada, cap a l'esquerra sota l'imant.
Els electrons xoquen amb els àtoms de la xarxa metàl·lica, exercint una força d'arrossegament sobre la làmina proporcional a la seva velocitat. L'energia cinètica utilitzada per superar aquesta resistència es dissipa com a calor pels corrents que flueixen a través del metall, de manera que el metall s'escalfa sota l'imant. Tal com descriu la Llei d'Ampère, cadascun dels corrents circulars del full indueix el seu propi camp magnètic (marcat amb fletxes blaves al diagrama).
Una altra manera d'entendre l'arrossegament és observar que, d'acord amb la llei de Lenz, la força electromotriu induïda s'ha d'oposar al canvi de flux magnètic a través de la làmina. A la vora anterior de l'imant (costat esquerre), el corrent en sentit contrari a les agulles del rellotge crea un camp magnètic que apunta cap amunt (com es pot mostrar amb la regla de la mà dreta), oposat al camp de l'imant. Això fa que es desenvolupi una força repulsiva entre la làmina i la vora davantera de l'imant. En canvi, a la vora posterior (costat dret), el corrent en sentit horari provoca un camp magnètic apuntat cap avall, en la mateixa direcció que el camp de l'imant, donant lloc a una força atractiva entre la làmina i la vora posterior de l'imant. En ambdós casos, la força resultant no és en la direcció del moviment de la làmina.
Propietats Els corrents de Foucault en conductors de resistivitat diferent de zero generen calor així com forces electromagnètiques. La calor es pot utilitzar per a escalfament per inducció. Les forces electromagnètiques es poden utilitzar per a la levitació, la creació de moviment o per donar un fort efecte de frenada de corrents de Foucault. Els corrents de Foucault també poden tenir efectes no desitjats, per exemple la pèrdua de potència en els transformadors. En aquesta aplicació, es minimitzen amb plaques primes, mitjançant laminació de conductors o altres detalls de la forma del conductor.
Els corrents de Foucault autoinduïts són els responsables de l'Efecte pel·licular en els conductors. Aquest últim es pot utilitzar per a proves no destructives de materials per a característiques geomètriques, com ara microesquerdes. Un efecte similar és l'efecte de proximitat, que és causat per corrents de Foucault induïts externament.