Levitacion Magnetica

Introducción

En 1821 el físico danés Hans Christian Oersted observo la conexión existente entre los fenómenos eléctricos y magnéticos.

El magnetismo halló aplicación desde el siglo XIX.

Aparatos como la radio y la televisión se basan en muchos de los conocimientos y aplicaciones que, sobre electromagnetismo, se generaron en las primeras décadas del siglo XX.

La levitación es un fenómeno que siempre ha cautivado la imaginación del ser humano. Hoy en día, se conocen unos cuantos mecanismos físicos que permiten “sostener” un objeto flotando sin contacto mecánico alguno con el suelo. No obstante, cuando se pretende extrapolar este atractivo fenómeno a sistemas de interés científico o tecnológico, aparecen serias dificultades.

En particular, las aplicaciones basadas en efectos dinámicos (un colchón de aire, por ejemplo) requieren una gran cantidad de energía, y las que tratan de evitar este problema mediante la estática (como las basadas en

imanes que se repelen) son altamente inestables. Una mínima perturbación sobre el objeto levitante lo expulsa irreversiblemente de su posición de equilibrio.

Aunque queda mucho camino por recorrer, las propiedades de atracción-repulsión entre imanes y superconductores han hecho posibles grandes avances en este campo. Estos sistemas son muy estables y el consumo de energía se reduce de modo drástico. En el rango de las aplicaciones a gran escala, disponemos ya de conocimiento y tecnología para levitar grandes masas.

Desde sus primeros estudios, la levitación magnética ha sido aplicada en numerosos sistemas, como por ejemplo, rodamiento sin roce, sistemas mecánicos de almacenamiento de energía y sistemas de transporte de alta velocidad.

CAPITULO I

1.1 CONCEPTO

La levitación magnética constituye un valor en alza siendo múltiples sus aplicaciones, usos y utilidades en sectores tales como la industria, el comercio, el transporte, la medicina o el entretenimiento. Desde que los griegos descubrieron los imanes hasta la consecución de la levitación de un tren en Japón han pasado siglos en los que investigadores de variadas disciplinas han compartido una curiosidad común: la magia que rodea al magnetismo. A juzgar por los últimos avances en esta materia la sociedad actual se halla frente a la punta del iceberg de lo que puede convertirse en una tecnología revolucionaria.

El magnetismo ha atraído poderosamente la atención de los seres humanos desde la Antigüedad, cuando se

descubrieron las primeras piedras magnéticas. Fue en la ciudad de Magnesia, una antigua región de Asia Menor, donde se dio el pistoletazo de salida para lo que se está convirtiendo en una tecnología imprescindible en la vida cotidiana. En el citado lugar se encontraron grandes yacimientos de imanes naturales. En esta época, se descubrió la propiedad que tiene el imán para atraer a ciertos cuerpos, una fuerza de atracción invisible.

1.2 ANTECEDENTES

Primeramente, cabe citar a Tales de Mileto (625 – 546 a.c.) que fue el primer filósofo griego que realizó estudios en torno a las propiedades del imán. Platón (siglo IV a.c.) aventuró que su propiedad puede transmitirse al hierro. Al parecer, el primero que encontró una utilidad práctica para la piedra de imán fue el general chino Huang Ti (siglo IV a.c.) que utilizó la piedra magnética para orientarse en tierra firme. Posteriormente, en el siglo X los navegantes chinos y europeos emplearon brújulas magnéticas. Sin duda, la gran aplicación práctica de la piedra magnética fue la imantación de barritas metálicas a partir de las cuales se construyeron las brújulas, introducidas en Europa a través de los árabes. Tales y Platón describieron los efectos magnéticos pero fue Empedocles (siglo V a.c.) el primero en tratar de encontrar una explicación a este fenómeno.

El primer estudio científico sobre la magnetita lo realizó Pierre Pelerin de Malicourt (siglo XIII) que definió los polos magnéticos y las leyes de la atracción y la repulsión.

Posteriormente, William Gilbert en su obra De magnete (1600) describió las propiedades de los imanes y fue el primero en considerar la Tierra como un gigantesco imán. Este punto de vista estableció una base racional para comprender el movimiento de la aguja de la brújula y su atracción hacia los polos Norte y Sur, un aspecto crítico en el avance de la navegación. En 1750, el británico John Michell inventó una balanza que utilizó para estudiar las fuerzas magnéticas. Este científico demostró empíricamente que la atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos.

El teléfono y el telégrafo, alrededor de 1880, eran aparatos activados por baterías y basados en el descubrimiento de Oersted. Las grandes aplicaciones a la ingeniería de la inducción electromagnética son el motor eléctrico y la dínamo. El mismo Henry, codescubridor de la inducción electromagnética construyó un motor en 1831 y Edison inventó un generador bipolar en 1878, un año antes de inventar el uso de luz eléctrica. Asimismo, aparatos como la radio y la televisión utilizan muchos de los conocimientos relacionados con el electromagnetismo.

En 1922 el ingeniero alemán Hermann Kemper contempló la idea de un tren levitado magnéticamente obteniendo la patente 12 años más tarde, pero la tecnología de su época no le permitió cumplir con su cometido. No fue hasta 1962 en Japón y 1969 en Alemania cuando se inició el desarrollo tecnológico de este tipo

de sistemas. Ambos países iniciaron una carrera a la hora de investigar, apoyar y contribuir al desarrollo de los MSTS (Magnetically Suspended Transportation System o más simplemente Maglev).

A lo largo de la historia de la Humanidad el fenómeno magnético ha tenido una presencia innegable. Desde fenómenos naturales como las tormentas magnéticas, la aurora boreal o el campo magnético terrestre hasta objetos presentes en la vida cotidiana como la televisión, el teléfono, la grabadora, el timbre o los detectores de metales. De hecho, el campo magnético terrestre condiciona a ciertos animales y plantas como es el caso de las rayas o las palomas mensajeras. Así lo afirma el doctor Frank Brown de la Universidad de Northestern tras más de 20 años de investigaciones. La cirugía también se ha visto beneficiada de esta propiedad de la Naturaleza. Por ejemplo en los hospitales pueden utilizar un electroimán para extraer una esquirla de un ojo.

En resumen, el magnetismo es un fenómeno que constituyó un misterio para los antiguos e intrigó a genios como Albert Einstein. Aún hoy sigue maravillando tanto a los investigadores como al público en general.

CAPITULO II

1.2 OPTIMIZACION DE LA LEVITACION MAGNETICA

Un equipo de investigación del Departamento de Física de la Universitat Autónoma de Barcelona ha desarrollado el modelo teórico realista más completo para describir el fenómeno de la levitación magnética, uno de los rasgos característicos de los superconductores más atractivos

desde el punto de vista tecnológico. Con este avance, los científicos han establecido las bases para obtener trenes de levitación magnética y sistemas de almacenamiento y generación de energía más efectivos.

El equipo de investigadores del Departamento de Física de la UAB, formado por Alvar Sánchez, Carles Navau (también profesor e investigador de la Escuela Universitaria Salesiana de Sarriá) y Enric Pardo, ha elaborado un modelo teórico completo que permite estudiar con detalle la fuerza magnética de levitación que aparece en un superconductor de alta temperatura en presencia de un campo magnético. Los modelos que existían hasta ahora, o bien son incompletos o tienen aproximaciones que no son realistas. El modelo que han desarrollado los investigadores de la UAB, en cambio, tiene en cuenta los llamados "efectos de desimantación", unos efectos que aparecen cuando las muestras son finitas (en contraposición a las muestras infinitas utilizadas en los modelos teóricos no realistas). Además de la fuerza de levitación, el modelo describe de forma realista la estabilidad del equilibrio, es decir, la resistencia que ofrece el superconductor cuando se le aplica una fuerza que perturba su posición (muy importante para la seguridad de los trenes levitantes) y la energía utilizada para volver a la posición de equilibrio en estos casos.

En el desarrollo de su trabajo, los investigadores han apuntado un conjunto de conclusiones que establecen las bases para la construcción de futuros dispositivos

basados en la levitación magnética: los efectos de desimantación que aparecen en muestras primas de superconductores incrementan de forma importante la fuerza de levitación, mientras que el exceso de longitud del superconductor puede no implicar ningún incremento en la fuerza, y para conseguir una buena estabilidad en el equilibrio con pequeñas pérdidas de energía se necesita incrementar las corrientes en el superconductor. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Physical Review B y presentados en el congreso Applied Superconductivity Conference celebrado en Houston recientemente.

2.2 IMPORTANCIA DE LA LEVITACION MAGNETICA

La levitación magnética es una de las propiedades más características e importantes de los superconductores. Gracias a la levitación se han podido construir trenes de alta velocidad por levitación magnética (maglev). Este tipo de trenes, como el de fabricación alemana acabado hace unos días para su uso en Shangai, levita sobre las

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