Ciclotrón y levitación magnética

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