13.6: Correntes parasitas

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

• Explique como as correntes parasitas são criadas nos metais
• Descreva situações em que correntes parasitas são benéficas e em que não são úteis

Conforme discutido duas seções anteriormente, um emf mocional é induzido quando um condutor se move em um campo magnético ou quando um campo magnético se move em relação a um condutor. Se a emf mocional pode causar uma corrente no condutor, nos referimos a essa corrente como uma corrente parasita.

Amortecimento magnético

As correntes parasitas podem produzir um arrasto significativo, chamado amortecimento magnético, no movimento envolvido. Considere o aparelho mostrado na Figura\(\PageIndex{1}\), que balança um pêndulo entre os pólos de um ímã forte. (Essa é outra demonstração de física favorita.) Se o bob for de metal, um arrasto significativo atua sobre o bob quando ele entra e sai do campo, amortecendo rapidamente o movimento. Se, no entanto, o bob for uma placa de metal com fenda, conforme mostrado na parte (b) da figura, o ímã produz um efeito muito menor. Não há efeito perceptível em um bob feito de um isolador. Por que o arrasto ocorre nas duas direções e há alguma utilidade para o arrasto magnético?

Figura\(\PageIndex{1}\): Um dispositivo comum de demonstração de física para explorar correntes parasitas e amortecimento magnético. (a) O movimento de um pêndulo de metal balançando entre os pólos de um ímã é rapidamente amortecido pela ação das correntes parasitas. (b) Há pouco efeito no movimento de uma bobina de metal com fenda, o que implica que as correntes parasitas se tornam menos eficazes. (c) Também não há amortecimento magnético em uma bomba não condutora, pois as correntes parasitas são extremamente pequenas.

A figura\(\PageIndex{2}\) mostra o que acontece com a placa de metal quando ela entra e sai do campo magnético. Em ambos os casos, ele experimenta uma força que se opõe ao seu movimento. Ao entrar pela esquerda, o fluxo aumenta, configurando uma corrente parasita (lei de Faraday) no sentido anti-horário (lei de Lenz), conforme mostrado. Somente o lado direito do loop atual está no campo, então uma força sem oposição atua sobre ele à esquerda (RHR-1). Quando a placa de metal está completamente dentro do campo, não há corrente parasita se o campo for uniforme, pois o fluxo permanece constante nessa região. Mas quando a placa sai do campo à direita, o fluxo diminui, causando uma corrente parasita no sentido horário que, novamente, experimenta uma força para a esquerda, diminuindo ainda mais o movimento. Uma análise semelhante do que acontece quando a placa oscila da direita para a esquerda mostra que seu movimento também é amortecido ao entrar e sair do campo.

Figura\(\PageIndex{2}\): Uma visão mais detalhada da placa condutora que passa entre os pólos de um ímã. Ao entrar e sair do campo, a mudança no fluxo produz uma corrente parasita. A força magnética no circuito atual se opõe ao movimento. Não há corrente nem arrasto magnético quando a placa está completamente dentro do campo uniforme.

Quando uma placa de metal com fenda entra no campo (Figura\(\PageIndex{3}\)), um emf é induzido pela mudança no fluxo, mas é menos eficaz porque os slots limitam o tamanho dos circuitos atuais. Além disso, os loops adjacentes têm correntes em direções opostas e seus efeitos são cancelados. Quando um material isolante é usado, a corrente parasita é extremamente pequena, então o amortecimento magnético nos isoladores é insignificante. Se as correntes parasitas devem ser evitadas nos condutores, elas devem ser entalhadas ou construídas com finas camadas de material condutor separadas por chapas isolantes.

Figura\(\PageIndex{3}\): As correntes parasitas induzidas em uma placa de metal com fenda que entra em um campo magnético formam pequenos laços, e as forças sobre eles tendem a se cancelar, tornando o arrasto magnético quase zero.

Aplicações do amortecimento magnético

Um uso do amortecimento magnético é encontrado em balanças de laboratório sensíveis. Para ter a máxima sensibilidade e precisão, a balança deve ser a mais livre de atrito possível. Mas se for livre de atrito, ele oscilará por muito tempo. O amortecimento magnético é uma solução simples e ideal. Com o amortecimento magnético, o arrasto é proporcional à velocidade e se torna zero na velocidade zero. Assim, as oscilações são rapidamente amortecidas, após o que a força de amortecimento desaparece, permitindo que a balança fique muito sensível (Figura\(\PageIndex{4}\)). Na maioria das balanças, o amortecimento magnético é realizado com um disco condutor que gira em um campo fixo.

Figura\(\PageIndex{4}\): O amortecimento magnético dessa balança sensível diminui suas oscilações. Como a lei de indução de Faraday dá o maior efeito para a mudança mais rápida, o amortecimento é maior para grandes oscilações e chega a zero quando o movimento para.

Como as correntes parasitas e o amortecimento magnético ocorrem apenas em condutores, os centros de reciclagem podem usar ímãs para separar metais de outros materiais. O lixo é despejado em lotes em uma rampa, abaixo da qual está um poderoso ímã. Os condutores no lixo são retardados pelo amortecimento magnético enquanto os não metais no lixo se movem, separando-se dos metais (Figura\(\PageIndex{5}\)). Isso funciona para todos os metais, não apenas para os ferromagnéticos. Um ímã pode separar os materiais ferromagnéticos sozinho atuando no lixo estacionário.

Figura\(\PageIndex{5}\): Os metais podem ser separados de outros lixos por arrasto magnético. Correntes parasitas e arrasto magnético são criados nos metais enviados por essa rampa pelo poderoso ímã abaixo dela. Os não-metais seguem em frente.

Outras aplicações importantes de correntes parasitas aparecem em detectores de metais e sistemas de frenagem em trens e montanhas-russas. Os detectores de metais portáteis (Figura\(\PageIndex{6}\)) consistem em uma bobina primária que carrega uma corrente alternada e uma bobina secundária na qual uma corrente é induzida. Uma corrente parasita é induzida em um pedaço de metal próximo ao detector, causando uma mudança na corrente induzida dentro da bobina secundária. Isso pode acionar algum tipo de sinal, como um ruído estridente.

Figura\(\PageIndex{6}\): Um soldado no Iraque usa um detector de metais para procurar explosivos e armas. (crédito: Exército dos EUA)

A frenagem usando correntes parasitas é mais segura porque fatores como chuva não afetam a frenagem e a frenagem é mais suave. No entanto, as correntes parasitas não podem interromper completamente o movimento, pois a força de frenagem produzida diminui à medida que a velocidade é reduzida. Assim, a velocidade pode ser reduzida de, digamos, 20 m/s para 5 m/s, mas outra forma de frenagem é necessária para parar completamente o veículo. Geralmente, ímãs poderosos de terras raras, como ímãs de neodímio, são usados em montanhas-russas. A figura\(\PageIndex{7}\) mostra fileiras de ímãs em tal aplicação. O veículo tem aletas de metal (normalmente contendo cobre) que passam pelo campo magnético, diminuindo a velocidade do veículo da mesma forma que com o pêndulo mostrado na Figura\(\PageIndex{1}\).

Figura\(\PageIndex{7}\): As fileiras de ímãs de terras raras (projetando-se horizontalmente) são usadas para frenagem magnética em montanhas-russas. (crédito: Stefan Scheer)

Os fogões de indução têm eletroímãs sob sua superfície. O campo magnético varia rapidamente, produzindo correntes parasitas na base da panela, fazendo com que a panela e seu conteúdo aumentem de temperatura. Os fogões de indução têm alta eficiência e bons tempos de resposta, mas a base da panela precisa ser condutora, como ferro ou aço, para que a indução funcione.

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