levitación

INTRODUCCIÓN

La levitación de un objeto tiende a ser conocido como un tema de magia, donde su verdadera forma de ser y definición es desconocida. En este trabajo daremos un pequeño vistazo al mundo de la levitación magnética, del concepto de algo tan simple como la atracción y repulsión de dos imanes se verá los avances que se han logrado y despierta la curiosidad por las cosas que se pueden llegar a hacer con eeste ste fenómeno. Además de estimular nuestra imaginación, el fenómeno de la levitación magnética tiene gran trascendencia en el campo de la tecnología.

LEVITACIÓN MAGNÉTICA

Llamamos “levitación magnética” al fenómeno por el cual un dado material puede, literalmente,

levitar gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes o bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”. La superconductividad es una característica de algunos compuestos, los cuales,

 por debajo de una cierta temperatura crítica, no oponen resistencia al paso de la corriente; es decir: son materiales que pueden alcanzar una resistencia nula. En estas condiciones de temperatura no solamente son capaces de transportar energía eléctrica sin ningún tipo de pérdidas, sino que además poseen la propiedad de rechazar las líneas de un campo magnético aplicado. Se denomina “Efecto Meissner” a esta capacidad de los superconductores de rechazar un campo magnético que intente penetrar en su interior; de manera que si acercamos un imán a un superconductor, se genera una fuerza magnética de repulsión la cual es capaz de contrarrestar el peso del imán produciendo así la levitación del mismo. Por ejemplo, en la Figura 1 mostramos un imán flotando sobre otro por repulsión (caso I) y otro suspendido por atracción (caso II). En el caso I la situación es inestable lateralmente. Ante la mínima perturbación los imanes se dan la vuelta y se quedan pegados. En el caso II la inestabilidad es vertical. El imán suspendido acabará cayendo o siendo atraído por el superior. Pues bien, los trenes de levitación magnética y el prototipo que sugeríamos antes, soslayan este problema mediante la realimentación electrónica. Es como si en nuestro modelo sencillo (Figura 1) hubiera un detector de movimiento del imán flotante, que hiciera mover al otro para compensar  las perturbaciones. Fi gura 1. 1.

 Líneas de campo magnético magnético para para dos imanes imanes que se repelen (I) o se atraen atraen (II).

La figura 2 representa un pequeño imán levitado sobre un disco superconductor. Debe notarse que el sistema es lateralmente inestable. Cuando sacamos el imán de la posición central se acabará cayendo por los extremos. Sin embargo, basta doblar los bordes del superconductor para que el sistema sea estable. Esto se ha representado en la Figura 3 y corresponde precisamente al primer experimento de levitación  publicado ( A ).  A floating magnet, V. Arkadiev, Arkadiev, Nature 160, p330, 1947  1947 ). Fi gura gura 2  .

Un pequeño imán flota inestable sobre un disco superconductor.

Fi gura 3. 3.

Un pequeño imán flota estable sobre un cuenco superconductor.

Principio de levitación magnética en un tren maglev La levitación en un tren maglev, se consigue mediante la interacción de campos magnéticos que dan lugar a fuerzas de atracción o repulsión, dependiendo del diseño del vehículo, es decir, según si el tren utilice un sistema EMS (electromagnetic suspension o suspensión electromagnética) o EDS (electrdynamic suspension o suspensión electrodinámica). La principal diferencia entre un sistema EMS y un EDS es que en el primero la levitación del tren es producida por la atracción entre las bobinas colocadas en el vehículo y la vía, y en el segundo se consigue la levitación gracias a fuerzas de repulsión entre estas.

Suspensión electromagnética En el caso del EMS, la parte inferior del tren queda por debajo de una guía de material ferromagnético, que no posee magnetismo permanente.

Cuando se ponen en marcha los electroimanes situados sobre el vehículo, se genera una fuerza de atracción. Ya que el carril no puede moverse, son los electroimanes los que se mueven en dirección a éste elevando con ellos el tren completo.

Suspensión Electrodinámica La levitación EDS se basa en la propiedad de ciertos materiales de rechazar cualquier campo magnético que intente penetrar en ellos. Esta propiedad se da en superconductores y es llamada Efecto Meissner, como se explicó con anterioridad. La suspensión, por  tanto, consiste en que el superconductor rechazará las líneas de campo magnético de manera que no pasen por su interior, lo que  provocará la elevación del tren. tren.

ANEXOS Conductividad Los materiales metálicos se caracterizan por presentar una resistencia casi nula al paso de la corriente eléctrica, es decir, al paso de electrones de conducción a través de sus orbitales. Esta característica hace que sean utilizados en las aplicaciones en las que el transporte de electricidad es necesario, como es el caso de los cables conductores, de ahí que sean mayormente de cobre o aluminio, o en los conectores, algunos de ellos bañados en oro, por ser éste un muy buen conductor. La resistencia que presentan los materiales al paso de la corriente eléctrica, muy pequeña en el caso de los metales, se transforma en calor, denominado Efecto Joule, por el choque de los electrones entre sí o con los átomos que componen la red cristalina en la que se encuentran, como consecuencia de la oscilación térmica. Por ello, para transportar la corriente a largas distancias a través de los tendidos eléctricos, se transforma ésta a altas tensiones, reduciendo la intensidad y así la temperatura que alcanzan los cables y con ello evitando que se derritan.

Superconductividad La superconductividad es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir  corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en ciertas condiciones, siendo una de éstas, el encontrarse a muy bajas temperaturas, cercanas al cero absoluto (-273ºC). Esta propiedad fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, cuando observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía cuando se lo enfriaba a 4º Kelvin (-269 ( -269 °C). La aparición del superdiamagnetismo es debida a la capacidad del material de crear supercorrientes. Éstas son corrientes de electrones que no disipan energía, de manera que se pueden mantener eternamente sin obedecer el Efecto Joule de pérdida de energía por generación de calor. Las corrientes crean el intenso campo magnético necesario para sustentar el efecto Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir  energía sin gasto energético, lo que representa el efecto más espectacular de este tipo de materiales. Debido a que la cantidad de electrones superconductores es finita, la cantidad de corriente que puede soportar el material es limitada. Por tanto, existe una corriente crítica a partir de la cual el material deja de ser  superconductor y comienza a disipar energía. Otra de de las características que define a un supercondutor es que el campo magnético inducido por  un campo magnético externo débil es cero en su interior cuando éste es enfriado por debajo de su temperatura de transición superconductora. Este efecto es llamado Meissner-Ochsenfel y es el que permite que los imanes leviten sobre un superconductor (diamagnético perfecto).

Levitación magnética En la levitación magnética se utiliza nitrógeno líquido en ebullición, que mantiene al superconductor en un estado de resistencia nula, al aproximar su temperatura al cero absoluto.

Cuando

el

imán

desciende

hacia

el

superconductor, induce una corriente eléctrica, que a su vez crea un campo magnético opuesto al del imán. Como el superconductor no tiene resistencia eléctrica, la corriente inducida sigue fluyendo y mantiene el imán suspendido indefinidamente.

La levitación de metales pesados por superconductividad a bajísimas temperaturas (270ºC) ya se ha realizado experimentalmente en laboratorios…

Aplicaciones Desde que se descubrieron las primeras piedras con propiedades magnéticas en la ciudad de Magnesia (Asia Menor), el Hombre ha tratado de buscar aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo. El tren de levitación magnética, o maglev, es un tren suspendido en el aire por encima de una vía, entre 10mm y 15 cm, siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas magnéticas (atractivas y repulsivas). La ausencia de contacto físico entre el carril y el tren hace que la única fricción sea la del aire,  por lo que se pueden conseguir muy altas velocidades con un consumo de energía razonable, el 40% del consumo normal para un vehículo, y a un bajo nivel de ruido. La línea que une Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30 kilómetros a una velocidad máxima de 431 km/h y una media de 250 km/h. En Alemania se lleva a cabo la construcción del Transrapid, un maglev que unirá las ciudades de Berlín y Hamburgo, con una velocidad máxima de 500 km/h. Dentro de la levitación magnética otra de las aplicaciones es el almacenamiento de energía mediante los volantes de inercia, ya que permite hacer girar indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magnético de manera que almacene la energía mecánica. Este tipo de dispositivo se estudia para la aplicación en trenes o de aerogeneradores (Cedex).Asimismo la levitación también se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de asistencia ventricular, compuesto por un Ventrículo de Asistencia centrífugo y un motor, que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de fallo ventricular. Los superconductores también se utilizan como detectores de campos electromagnéticos muy débiles (hasta 100 mil millones de veces más débiles que el campo geomagnético de la Tierra),  pudiendo utilizarse en el estudio de señales electromagnéticas generadas por el cerebro. El próximo estadio en la evolución de los supercomputadoras se denomina computación cuántica, que utilizando las propiedades de la superconductividad podrá alcanzar velocidades 250 más veloces que los actuales supercomputadoras .

El principio de levitación magnética se utilizará como catapulta para que las lanzaderas espaciales venzan la atracción gravitatoria terrestre…

CONCLUSIÓN

La levitación magnética como vimos anteriormente es muy importante en la actualidad, siendo muy utilizada en la industria para mejorar sistemas de transporte y demás, esta se basa de principios eléctricos fundamentales como la corriente eléctrica, el magnetismo, electroimanes y otros, mostrándonos que los fundamentos de la física se aplican en la gran mayoría de los objetos, maquinas e industrias que tenemos a nuestro alrededor. Por ejemplo, en el mundo del transporte esto ha abierto las puertas a las muy altas velocidades (el tren Maglev del aeropuerto de Shanghái alcanza los 430 km/h en su recorrido). La relación entre magnetismo, corriente eléctrica, electroimanes y demás, nos demuestran que son temas básicos para la implementación de mejoras y nuevas tecnologías, que serán mucho mas eficientes, estables y atractivas para nosotros. Los materiales y el trabajo para este tipo de nuevas tecnologías también demuestran que son muy amigables con el planeta, ya que no desechan tóxicos y se minimiza al máximo el uso de materiales que puedan dañar nuestro medio ambiente.

Bibliografía 

http://www.cienciapopular.com/n/Ciencia http://www.cienciapopular.com/n/Ciencia/Superconductivid /Superconductividad/Superconductivi ad/Superconductividad.php dad.php



http://es.wikipedia.org/wiki/Supe http://es.wikipedia.org/wiki/Superconductividad rconductividad



http://electromagnetismo2010a.wikisp http://electromagnetismo2010a.wikispaces.com/file/view aces.com/file/view/Articulo+Electricid /Articulo+Electricidad.pdf  ad.pdf 



http://www.fceia.unr.edu.ar/~fisica3/MagLev.pdf 



http://www.aragoninvestiga.org/Levita http://www.aragoninvestiga.org/Levitacion-magnetica-y-s cion-magnetica-y-superconductividad/ uperconductividad/