Levitacion

LEVITACIÓN MAGNÉTICA

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.

De hecho, hoy en día, existe un tren capaz de viajar a una velocidad de 518 km/h utilizando la levitación magnética.

¿Qué es la levitación magnética?

Llamamos levitación magnética al fenómeno por el cual un material puede levitar gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes o bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”, que explicaremos más adelante, que es una propiedad inherente a los superconductores.

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 son capaces de transportar energía eléctrica sin ningún tipo de pérdidas, y además poseen la propiedad de rechazar las líneas de un campo magnético aplicado. Se denomina “Efecto Meissner” a esta capacidad.

Efecto Meissner

El Efecto Meissner fue descubierto por Walther Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 (a veces se llama, más justamente, Efecto Meissner-Ochsenfeld), y consiste en que cuando un superconductor se enfría por debajo de determinada temperatura, si se le aplica un campo magnético externo en el interior del superconductor el campo magnético se anula.

Básicamente, los electrones modifican sus órbitas de modo que compensan el campo magnético externo de modo que en el interior, el campo sea nulo. No vamos a entrar en mucha profundidad en las causas, pero tiene que ver con el hecho de que, suficientemente frío, un superconductor no tiene resistencia eléctrica - esto requiere necesariamente que el campo magnético en el interior sea cero.

Este efecto puede utilizarse para producir “levitación magnética”:

Cuando se acerca un imán a un superconductor, el superconductor se convierte en un imán de polaridad contraria de modo que “sujeta” al otro imán sobre él. Pero, al contrario que un imán normal (que haría que el otro imán se diera la vuelta y se quedase pegado a él), un superconductor cambia el campo magnético cuando el exterior lo hace, compensándolo, de modo que es capaz de mantener el otro imán fijo en el aire. Se genera una fuerza magnética de repulsión la cual es capaz de contrarrestar el peso del imán produciendo así la levitación del mismo. De hecho, si se aleja el imán del superconductor una vez está cerca, éste cambia de polaridad y lo atrae lo suficiente para mantenerse a la misma distancia.

Por tanto un objeto estará bajo levitación magnética cuando la fuerza generada por la repulsión electromagnética es lo suficientemente fuerte para equilibrar el peso del objeto

Utilización actual de levitación magnética

Juguetes Maglev.

Originalmente desarrollado en laboratorios, algunos objetos magnéticos levitantes han sido puestos en el mercado como Hi Tech, juguetes para niños de todas las edades. En este momento podemos encontrarnos:

• Trenes Maglev y rieles: Un completo kit con el tren y pistas. Ensamblar es necesario, pero la vista del tren de velocidad, mientras que flota sobre la pista parece que vale la pena el esfuerzo.

• Suspendido de objetos: relojes, pelotas de golf, marcos para cuadros, coches de colección, globos y otros objetos se pueden encontrar flotando en el aire gracias a la tecnología de levitación magnética.

Micro-robot volador que se mueve gracias a la levitación magnética.

Ingenieros de la universidad canadiense de Waterloo han creado un micro-robot que vuela. Según sus creadores, se trata del primero de estas características del mundo. Una de sus principales características es que se mueve gracias a la levitación magnética, de un modo similar a como hacen los famosos trenes maglev. Además, gracias a su tamaño tiene la particularidad de poder introducirse, literalmente, en cualquier espacio. Esto lo hacen perfecto para muchas funcionalidades, muy complicadas de hacer hasta el momento, como ensamblar pequeños dispositivos, manipular materiales potencialmente peligrosos e incluso llevar a cabo operaciones de microcirugía.

Los trenes Maglev.

La levitación magnética (Maglev) es famosa por sus usos en el transporte, sobre todo los trenes. Alemania y Japón son pioneros en el desarrollo de los trenes Maglev. Japón y China tienen los trenes Maglev comerciales en uso en este momento. Un tren de levitación magnética es un vehículo que utiliza las ondas magnéticas para suspenderse por encima del carril e impulsarse a lo largo de un carril-guía.

Nos centraremos en el uso de la levitación magnética en los trenes Maglev.

Sistema de funcionamiento del tren de levitación magnética de alta velocidad.

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