Levitación magnética y propulsión

1. ¿En qué consiste la levitación magnética?

En primer lugar, debemos comprender de dónde viene el magnetismo. A grandes rasgos, podemos decir que cuando una carga eléctrica (I) se mueve, ésta produce a su alrededor un campo magnético (B). Así los imanes, al igual que cualquier otro objeto, están formados por átomos, cuyos electrones se mueven formando corrientes cerradas. Cuando los campos magnéticos de estas corrientes se alinean, se forma un material con propiedades magnéticas, es decir, un imán.

Los imanes tendrán polos magnéticos, Norte y Sur, que son los lugares donde el campo magnético es mayor, es decir, los extremos del imán. Por todos es sabido que los polos opuestos se atraen e iguales se repelen.

Este es el principio en el cual se basa la Levitación Magnética, en crear una repulsión entre dos imanes que sea lo suficientemente potente como para vencer la fuerza de gravedad y mantener un objeto suspendido. Por supuesto, mientras mayor sea la envergadura del objeto, el campo habrá de ser mayor.

2. ¿Cómo se utiliza para conseguir que un tren levite sobre un riel de acero y pueda moverse (propulsión)? ¿Hay fricción en este caso?

Para aplicar la Levitación Magnética a grandes masas, como trenes, los campos magnéticos de imanes naturales no son suficientes, así que se utilizan electroimanes: materiales conductores que normalmente no constan de propiedades magnéticas, pero al hacer circular a través de ellos grandes corrientes, se los magnetiza temporalmente para poder levitar objetos de gran tamaño.

Para el caso de los trenes, se busca alinear los polos iguales para optimizar la fuerza de repulsión, con lo que se logra que se despeguen de la superficie.

Aún así, una cosa es levitar y otra muy distinta es mover el objeto en cuestión una vez que éste ya está levitando. Sistemas como ruedas o motores convencionales no son efectivos, pero el magnetismo otra vez tiene la respuesta.

La mayor desventaja que presenta el sistema Maglev es su alto costo. En China, el Maglev de Shanghái alcanzó los 9,93 mil millones de yuanes (US$1500 millones app), incluyendo los costos de infraestructura, construcción, instalación y capacitación del personal, pero para expandir el recorrido, los costos serían de 200 millones de yuanes (US$ 30 millones app) por km.

Una de las soluciones que presentaría el Maglev es que utiliza menos energía que los trenes convencionales. La energía que se requiere para moverlo es muy pequeña debido a que no tiene que superar la fricción. Debido a que el consumo de energía es menor, el pasaje debería ser más barato. También es mucho más rápido que un automóvil común, alcanzando los 500 kms por hora, por lo tanto el tiempo de movilización será bastante menor y el uso de movilización particular tenderá a disminuir.

Shinkansen (tren bala) cerca de Yonezawa, noreste de Honshu, Japón.

3. ¿En qué consiste el 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 lo siguiente: cuando un superconductor se enfría por debajo de determinada temperatura, si se le aplica un campo magnético externo no demasiado fuerte, 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, más allá de una determinada profundidad bajo la superficie, 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 un tipo de “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. 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.

4. Agregar las referencias

http://www.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/maglev/11.htm

Japan. (2010). In Encyclopædia Britannica. Retrieved April 14, 2010, from Encyclopædia Britannica Online: http://0-search.eb.com.millenium.itesm.mx/eb/article-23280

Shinkansen. [Photograph]. Retrieved April 14, 2010, from Encyclopædia Britannica Online:http://0-search.eb.com.millenium.itesm.mx/eb/art-125872

Shanghai. (2010). In Encyclopædia Britannica. Retrieved April 14, 2010, from Encyclopædia Britannica Online: http://0-search.eb.com.millenium.itesm.mx/eb/article-24144

railroad. (2010). In Encyclopædia Britannica. Retrieved April 14, 2010, from Encyclopædia Britannica Online: http://0-search.eb.com.millenium.itesm.mx/eb/article-64436

http://www.aragoninvestiga.org/Levitacion-magnetica-y-superconductividad/

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/elecmagnet/materiales/superconductor/superconductor.html

http://dandel.net/varios/tecnologia/levitacion-de-imanes-efecto-meissner

http://www.diclib.com/cgi-bin/d1.cgi?l=es&base=es_wiki_10&page=showid&id=43434

Acelerador de Gauss Terminado

Este es un video de nuestro proyecto de la clase de Física III terminado.

Nuestro 3er Avance del Proyecto de Física III

Microscopio de Campo Iónico

Microscopio de Campo Iónico

El microscopio de campo iónico o por su nombre en inglés, Field ion microscope (FIM), fue inventado en el año de 1951 en la Universidad Estatal de Pensilvania por Erwin Wilhelm Müller. Gracias al FIM, el inventor pudo observar átomos por primera vez.

(FIM) es una técnica analítica empleada en ciencia de materiales. Este microscopio es una variedad de microscopio que puede ser utilizado para concebir la ordenación de los átomos que forman la superficie de la punta afilada de una aguja de metal. Fue la primera técnica con la que se consiguió resolver sideralmente átomos individuales. Se publicaron por primera vez imágenes de estructuras atómicas de tungsteno en la revista Zeitschrift für Physik en 1951.

El mecanismo con el que trabaja u opera

Con el microscopio de campo iónico, se produce una aguja de metal afilada y se coloca en una cámara de ultra alto vacío, que después esta se llena con un gas visualizador tal como el helio o el neón. La aguja se enfría hasta que alcanza temperaturas criogénicas (20-100 K). Luego se aplica un voltaje positivo que va de 5.000 a 10.000 voltios sobre la punta. Los átomos de gas atraídos por la punta se ven ionizados por el fuerte campo eléctrico que existe en las proximidades de ella. La curvatura de la superficie cercana a la punta provoca una magnetización natural; los iones son repelidos bruscamente en dirección perpendicular a la superficie (un efecto de "proyección de punto"). Se coloca un detector de modo que pueda recoger esos iones repelidos; y la imagen formada por todos los iones repelidos puede tener la resolución suficiente como para mostrar átomos individuales en la superficie de la punta.

La forma en que utilizan la diferencia de potencial

¿Cómo lo utilizan?

Se aplica un voltaje positivo que va de 5.000 a 10.000 voltios sobre la punta. Los átomos de gas absorbidos por la punta se ven ionizados por el fuerte campo eléctrico que existe en las proximidades de ella. La curvatura de la superficie cercana a la punta provoca una magnetización natural; los iones son repelidos bruscamente en dirección perpendicular a la superficie (un efecto de "proyección de punto")

¿Cómo le sacan provecho?

Se coloca un detector de modo que pueda recoger esos iones repelidos; y la imagen formada por todos los iones repelidos puede tener la resolución suficiente como para mostrar átomos individuales en la superficie de la punta.

L a imagen de campo de iones se produce por la proyección de imagen de los átomos del gas que se ioniza por el alto voltaje positivo en la muestra en la pantalla fluorescente. Después de una serie de colisiones con la muestra durante el cual los átomos de gas de imágenes pierden parte de su energía cinética, los átomos de la imagen térmica de gas se adaptan a la temperatura criogénica de la muestra. Los iones producidos son después rechazados radialmente desde la superficie de la muestra hacia la placa de micro-canal y montaje de pantalla. Una placa de micro-canal intensificador de imagen situado inmediatamente delante de la pantalla de fósforo produce entre 103 y 104 electrones para cada ion de entrada. Estos electrones son acelerados hacia la pantalla de fósforo donde producen una imagen visible.

¿En qué lo utilizan?

La FIM ha sido utilizada para estudiar el comportamiento dinámico de las superficies y el comportamiento de adatoms en las superficies. Algunos de los problemas estudiados incluyen la adsorción – fenómenos de desorción, difusión superficial de adatoms y las agrupaciones, adatom interacciones adatom, el movimiento de paso, la forma de cristal de equilibrio, etc. Sin embargo los resultados pueden que se vean afectados por la superficie limitada y por la presencia de un campo eléctrico de gran tamaño.

Adatom: Un adatom es un átomo que se encuentra en una superficie de cristal, y se puede considerar como el opuesto de una vacante de la superficie. Este término se utiliza en la química de superficie, al describir átomos individuales se extiende sobre las superficies y rugosidad de la superficie. La palabra es una contracción de "átomo adsorbido". Un solo átomo, grupo de átomos, o una molécula o un grupo de moléculas de todos sean mencionados por el término general de "adparticle". Esto es a menudo un estado termodinámicamente desfavorable.

Bibliografía:

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http://www.nims.go.jp/apfim/fim.html

TT Tsong (). Field Ion Microscopy, históricos y acontecimientos recientes. Microscopía y Microanálisis, 11, pp 90-91 doi: 10.1017/S1431927605500199

http://www.aip.org/png/2006/264.htm

http://web.educastur.princast.es/proyectos/grupotecne/asp1/investigacion/vermensajebbb.asp?idmensaje=2312

adatom. (2010). In Encyclopædia Britannica. Retrieved March 10, 2010, from Encyclopædia Britannica Online: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/5343/adatom

http://en.wikipedia.org/wiki/Adatoms

Algunos ejercicios de la Ley de Gauss

Son ejemplos resueltos usando la Ley de Gauss.

La ley de Gauss

He aquí una pequeña explicación de la Ley de Gauss.

http://www.youtube.com/watch?v=fAElKFerr-k

La historia de Anzor (Flexibilidad mental)

Привет! (hola!) Mi nombre es Anzor, soy un husky siberiano, no soy un perro ordinario, mi amo, el Dr. Serguei Nikolaevich Mazurenko me salvó la vida un día del año 2020 luego de que yo lo salvé de ser atropellado por alguien que tenía intensiones de matarlo. El Dr. Serguei Nikolaevich, dirige el Ministerio de Ciencia en Rusia (Министерство науки), me salvó la vida pero tuvo que utilizar tecnología de punta para salvarme, así que sufrí, por así decirlo, algunas modificaciones, me colocó un chip que no se ha utilizado en ninguna computadora del mundo, el chip-zetta, debido a que si cae en manos erróneas podría utilizarlo para controlar muchísimas súper-computadoras del mundo. Así que después de meses de entrenamiento y bajo la supervisión del Dr. Serguei logré controlar mis nuevas habilidades. Sin embargo, luego de unos meses el Dr. Serguei junto con otro grupo de científicos y políticos al ver que el mundo seguía deteriorándose deciden crear una ciudad flotante cerca de KaustinYar, a la cual nombraron Tech-city con el propósito de que fuera la ciudad más avanzada tecnológicamente y que al mismo tiempo no contaminara de ninguna forma el planeta.

Sin embargo, aún estando en la Tech-city, el Dr. Serguei seguía estando en constante riesgo por lo que me di a la misión de capturar al causante de dichos ataques en contra de mi amo. El 02 de Octubre de 2021 lo capturaron y lo llevaron a la superficie terrestre, pues creían que así jamás podría localizarlos y no podría salvar al director del Ministerio de Ciencia. Pero una de mis habilidades especiales que ni siquiera yo conocía, ¡Era que podía volar! Y por suerte el doctor había logrado activar un sensor el cual yo era el único que podía saber su localización exacta. Así que salí de la ciudad flotante volando lo más rápido que podía hasta llegar a una vieja casa en Kiev, Ucrania, sin embargo no era una casa vieja, tenía un acceso para entrar a una base subterránea secreta. Tuve que evadir a muchos militares que se encontraban custodiando el lugar, luchar etc. Cuando al fin llegué a la habitación donde se encontraba el Dr. Serguei, unas puertas a prueba de bombas nucleares nos encerraron a mí y al Dr. Desaté a mi amo y me dijo: “Anzor, huye de aquí, el Dimitri, es quien ha estado tratando de matarme, dice que el puesto de director le correspondía a él y no a mí.”

Sin embargo, yo sabía que podríamos lograrlo, que podríamos salir vivos y de derrotar a Dr. Dimitri de una vez por todas. Durante mi tiempo de recuperación, escuché con mi súper oído la conversación que tuvieron Dr. Dimitri y mi amo, Dr. Dimitri decía que el chip-zetta había sido su invención y que él debería ser quien estuviera a cargo del Ministerio de Ciencia de Rusia, pero yo sé muy bien que el verdadero inventor fue el Dr. Serguei, él es el único capaz de escribir tal grado de algoritmos y de haber programado el chip. Además de que el Dr. Dimitri era quien siempre se copiaba de las ideas del Dr. Serguei, y cuando le ofrecieron el puesto de director, el Dr. Dimitri enfureció, pero él no era capaz de estar al mando del centro de desarrollo e investigación más importante de Rusia.

En fin, el Dr. Serguei me dijo: “Trata de utilizar de visión térmica para abrir un agujero que lleve a donde se encuentra Dimitri”. Así que lo hice, acentué moviendo mi cabeza de arriba abajo y utilicé todas mis fuerzas para crear una especie de agujero que nos permitiera llegar al Dr. Dimitri y capturarlo. “Anzor, lo hiciste, lograste controlar tu visión térmica, vamos démonos prisa y agarremos a Dimitri”. Corrimos lo más rápido posible pero Dimitri ya estaba escapando en un vehículo aéreo, así que para impedir que huyera ladré causando ondas de choque que golpearon su vehículo y logré capturarlo, y mi amo me dijo: “Tráelo Anzor, el debe permanecer el resto de sus días en prisión”. Así que lo agarré y lo llevamos capturado de vuelta a Tech-city. Ah, sí, la gente de Tech-city estuvo feliz porque capturé a Dimitri, y bueno, ahora me dedico a vivir y pasear junto a mi amo y de vez en cuando, cuando Tech-city se encuentra bajo alguna amenaza, salgo a salvar a la ciudad.

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