CICLOTRÓN Y LEVITACIÓN MAGNETICA FRANCISCO GARCÍA TENA HUGO MARTÍNEZ IBARRA ¿QUÉ ES LA LEVITACIÓN MAGNÉTICA? La levitación magnética, también conocida por su acrónimo inglés MAGLEV, es el efecto de levitar un elemento por medio de un fenómeno que se fundamenta en el principio de repulsión que tienen dos polos de igual carga magnética, que con el debido control provoca que un cuerpo se mantenga suspendido en el aire. Existen en la naturaleza algunos elementos que tienden a magnetizarse en dirección opuesta al campo magnético que se les aplica, fenómeno se conoce como efecto Meissner. La levitación magnética se produce en materiales diamagnéticos que son suficientemente fuertes como para mantener equilibrado su peso. EL TREN MAGLEV El transporte de levitación magnética, o MAGLEV, es un sistema de transporte que incluye la suspensión, guía y propulsión de vehículos, principalmente trenes, utilizando un gran número de imanes para la sustentación y la propulsión a base de la levitación magnética. Este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso y suave que los sistemas de transporte colectivo sobre ruedas convencionales. La tecnología de levitación magnética tiene el potencial de superar 6.400 km/h (4.000 mph) si se realiza en un túnel al vacío. Cuando no se utiliza un túnel al vacío, la energía necesaria para la levitación no suele representar una gran parte de la necesaria, ya que la mayoría de la energía necesaria se emplea para superar la resistencia del aire, al igual que con cualquier otro tren de alta velocidad. La mayor velocidad registrada de un tren MAGLEV fue de 581 km/h, logrado en Japón en 2003, 6 km/h más rápido que el récord de velocidad del TGV convencional En un futuro, y si llegamos a controlar la fusión nuclear, otra utilidad de la levitación magnética podría ser la levitación del plasma. Esta sería la única manera posible ya que los millones de grados a los que ocurre este fenómeno derretirían cualquier contenedor. Levitación magnética de los superconductores También este principio se aplica a lo que se denomina efecto Meissner-Ochsenfeld, una propiedad inherente de 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. Esta tecnología ha sido empleada en diferentes elementos como celulares que tienen un sistema de panel deslizable, sin embargo, donde se destaca es en la construcción de trenes de alta velocidad, los que se deslizan sobre superconductores y supone un mayor rendimiento al necesitar solo de un impulso inicial y circular sin fricción con la superficie. CICLOTRÓN Un ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas cargadas que combina la acción de un campo eléctrico alterno, que les proporciona sucesivos impulsos, con un campo magnético uniforme que curva su trayectoria y las redirige una y otra vez hacia el campo eléctrico. Fue inventado en el año 1934 por los físicos estadounidenses Livingston (1905-1986) y Lawrence (1901-1958) (por este motivo, este último recibió en 1939 el premio Nobel). El ciclotrón consta de dos cámaras metálicas huecas con forma de semicírculo (se llaman “des”, D, a causa de su forma), contenidas en una cámara de vacío para que las partículas que viajen por ellas no sean dispersadas en choques con moléculas de los gases que forman el aire. Sobre las "des" actúa un campo magnético uniforme y perpendicular, generado por un potente electroimán, y entre ambas se aplica un campo eléctrico alterno, para que la fuerza eléctrica siempre actúe en el sentido del movimiento de las partículas. Desde una fuente de iones, situada cerca del centro del campo magnético, las partículas cargadas se inyectan al ciclotrón inicialmente a una velocidad moderada. La fuerza magnética les proporciona una aceleración normal y, por lo tanto, tienen un movimiento circular por una de las "des". Al salir de ahí, se les aplica el campo eléctrico que las acelera y las lleva a la otra mitad del ciclotrón a una velocidad superior. A esa velocidad recorren otra semicircunferencia de radio mayor que la primera y vuelven a acceder a la zona entre las "des", donde se les aplica de nuevo el campo eléctrico (ahora en sentido contrario al anterior), que las vuelve a acelerar. El proceso se repite una y otra vez hasta que las partículas salen finalmente del ciclotrón a una velocidad muy elevada, tras haber realizado en el interior del orden de 50 a 100 revoluciones. Cuando las partículas tienen una velocidad pequeña comparada con el límite superior de velocidades (la velocidad de la luz), se les puede aplicar la mecánica de Newton y tienen un movimiento circular y uniforme dentro de cada "D". 𝐹 = 𝑞𝑣𝐵 𝐹 𝑞𝑣𝐵 𝑎= = 𝑚 𝑚 𝑣 2 𝑞𝑣𝐵 = 𝑟 𝑚 𝑚𝑣 𝑟= 𝑞𝐵 𝑣= 𝑞𝐵𝑟 𝑚 Sin embargo, cuando la velocidad de las partículas se eleva haciéndose comparable con el límite superior de velocidades (velocidades desde 0.9c o energías por encima de unos 12MeV), se ha de aplicar la mecánica relativista. Bibliografía • http://intercentres.edu.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/Electromagnetismo/Electromagnetism o08.htm • http://es.wikipedia.org/wiki/Train_%C3%A0_Grande_Vitesse • http://levitacionmagnetica.blogspot.mx/2009/11/levitacion-magnetica.html • https://www.youtube.com/watch?v=4mjkNb4ZtOs