LEVITACION DE UNA BOBINA
Electricidad y Magnetismo
Contenido Introducción ........................................................................................................................................ 1
Objetivos ............................................................................................................................................. 2
Desarrollo ............................................................................................................................................ 3
Conclusiones ..................................................................................................................................... 10
Bibliografía ........................................................................................................................................ 11
Anexos ............................................................................................................................................... 12
Electricidad y Magnetismo
Levitación de una bobina
Introducción
Uno de los efectos más atractivos del magnetismo es la levitación, la cual por lo general, se logra cuando chocan dos o más campos magnéticos generando una fuerza que pueda superar la fuerza de gravedad haciendo que un objeto, literalmente, flote en el aire.
Aunque queda queda mucho mucho camino por recorrer, recorrer, este fenómeno fenómeno siempre siempre ha cautivado cautivado la imaginación del ser humano, por lo que siempre ha impulsado a seguir realizando diversos estudios, 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, se dispone ya de conocimiento y tecnología para levitar grandes grande s masas. Como por ejemplo el tren de tipo maglev que es capaz de viajar a una velocidad de 518 Km/h haciendo la implementación de la levitación
Levitación de una bobina
Objetivos
General
Desarrollar un proyecto a través del cual capturemos la información previamente conocida sobre los principios más destacados del campo magnético. Específicos
Explicar a través de la teoría el principio que rige la levitación, así como también los datos más importantes, de manera que permita una fácil compresión del tema anteriormente propuesto. Demostrar por medio de un ejemplo la levitación de una bobina, con el propósito conocer las distintas aplicaciones que esta posee en la actualidad.
Levitación de una bobina
Desarrollo
Definición de levitación
Llamamos “levitación magnética” al fenómeno por el cual un dado material puede, literalmente, levitar gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes o bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”, 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 no solamente son capaces de transportar energía eléctrica sin ningún tipo de pérdidas, sino que además poseen la propiedad de rechazar las líneas de un campo magnético aplicado. Se denomina “Efecto Meissner” a esta capacidad de los superconductores de rechazar un campo magnético que intente penetrar en su interior; de manera que si acercamos un imán a un superconductor, se genera una fuerza magnética de repulsión la cual es capaz de contrarrestar el peso del imán produciendo así la levitación del mismo.
La superconductividad Es uno de los desarrollos más importantes de la actualidad, a rasgos generales es la capacidad que tienen algunos materiales (superconductores) para conducir corrientes eléctricas sin resistencia y sin pérdida de energía claro está en una condiciones determinadas Por otro lado la suspensión electromagnética electromagnétic a y los imanes son usualmente la base de todos los dispositivos que quieren evitar la fricción de dos elementos, al no estar en contacto y así solo se tenga que vencer la fuerza que opone el aire, sistemas con tecnologías muy avanzados que nos ayudan a encontrar aplicaciones de la física eléctrica y magnética en nuestra vida cotidiana.
Levitación de una bobina
Por esta razón, el imán siempre es repelido por su imagen o en palabras más concretas por el superconductor. La fuerza de repulsión es capaz de contrarrestar el peso del imán, produciendo la levitación magnética. El punto clave para entender los fenómenos de levitación con este tipo de superconductores está en que estos están en el grupo de los denominados materiales de tipo II duros. Esto quiere decir que permiten la presencia de flujo magnético en su interior, y que este evoluciona mediante avalanchas altamente disipativas. Por esta razón los cambios inducidos a sistemas como estos, por una tendencia de la naturaleza serán mínimos para que así la pérdida de energía sea mínima. Las maquinas, objetos o aparatos en los que se utiliza la levitación magnética, deben conocer muy bien que no solo se basa en manejar los campos magnéticos para que se separen los dos materiales, es muy importante saber que estos sistemas no son muy estables y que tienen que tener muy en cuenta la estabilización de los mismos, para que trabaje de la mejor manera posible. Por esta y otras razones es que los trenes de levitación magnética son pioneros en el aprovechamiento de este fenómeno físico. Cuando un material no tiene resistividad, es capaz de trasportar corriente eléctrica sin que se pierda energía, es decir, no se produce el efecto Joule, que predice que al colisionar los electrones con los átomos del material, son frenados, por lo que dicha energía se pierde en forma de calor
La resistividad de los superconductores es nula por debajo de una temperatura crítica T c c, característica de cada material. En presencia de un campo magnético la temperatura crítica es menor que la correspondiente en ausencia de campo. Cuando un superconductor se enfría por debajo de la temperatura crítica en un campo magnético, el campo magnético dentro del material es nulo, porque las corrientes superconductoras superconduct oras que se inducen en su superficie producen un campo magnético que compensa en el interior del superconductor al campo magnético aplicado.
Levitación de una bobina
Al acercar un imán a un material superconductor superconductor se produce, magnéticamente, magnéticamente, una imagen de él como si el superconductor fuera un espejo. De esta manera, el imán es siempre repelido por su imagen o lo que es lo mismo, por el superconductor. La fuerza de repulsión es capaz de contrarrestar el peso del imán, produciendo la levitación. Hay dos tipos de superconductores según se comportan en presencia de un campo magnético:
Los superconductores de tipo I expulsan los campos magnéticos. Este fenómeno se denomina efecto Meissner. El efecto Meissner es una propiedad de los superconductores tan importante como la resistencia nula. La expulsión del campo magnético se debe a la formación de corrientes superficiales en el superconductor que crean un campo magnético igual y opuesto al campo externo. Los imanes producen campos magnéticos. El efecto Meissner da lugar a repulsión entre un imán y un superconductor de forma que levitan uno sobre el otro. Si el campo magnético es suficientemente fuerte o la temperatura es alta se destruye la superconductividad y la levitación no ocurre.
Los superconductores de tipo II también presentan el efecto Meissner con campos magnéticos pequeños pero cuando el campo magnético supera una determinada magnitud permiten que el campo lo penetre parcialmente formando vórtices. Es decir, el superconductor en este caso atrapa parte part e del campo magnético. Para que pueda penetrar el campo magnético en los vórtices se destruye la superconductividad. Los vórtices pueden anclarse en un superconductor debido a defectos en la red de átomos. Cuando esto ocurre, el imán que está levitando encima del superconductor también está anclado y cuesta mucho separarlos. El fenómeno del anclaje de vórtices permite que podamos construir un tren superconductor que levite sobre una vía magnética sin descarrilar.
Levitación de una bobina
Tipos de levitación
Desde el punto de vista científico, la levitación se puede dar debido a los siguientes efectos: 1. 2. 3. 4. 5.
Levitación Levitación Levitación Levitación Levitación
electrostática magnética aerodinámica acústica óptica
Sistemas que usan levitación magnética
Hoy en día, existen diversas aplicaciones de la levitación magnética. Todos los sistemas que utilicen levitación magnética para sustentar elementos ferromagnéticos deben contar, por lo menos, con dos elementos: un sistema eléctrico, constituido por una fuente variable de voltaje y una bobina; un sistema electromecánico, que utiliza la energía eléctrica almacenada en la bobina en forma de campo magnético para compensar la energía mecánica. Esta última relación se comprueba físicamente como el equilibrio de fuerza magnética y mecánica.
La levitación en un tren maglev, se consigue mediante la interacción de campos magnéticos que dan lugar a fuerzas de atracción o repulsión, dependiendo del diseño del vehículo, es decir, según si el tren utilice un sistema EMS (suspensión electromagnética) o EDS (suspensión electrodinámica). La principal diferencia entre un sistema EMS y un EDS es que en el primero la levitación del tren es producida por la atracción entre las bobinas colocadas en el vehículo y la vía, y en el segundo se consigue la levitación gracias a fuerzas de repulsión entre estas.
Levitación de una bobina
Medicina cardiovascular. Otros como: La televisión, el teléfono, la grabadora, el timb re o los detectores de metales
¿Por
qué
se
produce
la
levitación
magnética?
Son las líneas de fuerza las que magnetizan al conductor y los materiales ferromagnéticos tal como apreciamos al espolvorear limaduras de hierro sobre las líneas de fuerza de un imán. Por tanto el superconductor debe permanecer a una distancia determinada del imán que es justo la distancia donde se producen las líneas de fuerza.
Como vemos en la imagen el superconductor se imanta solamente en contacto de las líneas de fuerza magnética este efecto produce que aunque se vuelque el conjunto, este sigue unido y levitando. En cuanto al giro del imán en su levitación se produce prod uce porque el imán gira sus líneas de fuerza magnética pero mientras las gira sigue imantando al superconductor aunque en otro ángulo
Levitación de una bobina
Levitación de una bobina
Detalles constructivos
Materiales Madera triplay Un rollo de alambre para hacer la bobina. Alambres delgados para conectar a la bobina Cables Una batería de 9 voltios Hilo delgado Silicona caliente Un imán circular
Otros
Cinta aislante Tijera Lija Estaño y cautín Descripción del experimento
En este experimento se observa que al colocar una bobina, centrada sobre la superficie del triplay (en el cual debajo de dicha superficie se encuentra un imán), y alimentarla con una batería de 9 voltios, ésta levita. Es posible conseguir una separación de más de 1 cm con el prototipo desarrollado. La densidad del voltaje es elevada por lo que al transcurrir un corto tiempo de la demostración de nuestro proyecto la batería empieza a calentarse calentar se por lo que es recomendable desconectarla. La sección de los conductores de la bobina se ha de escoger en función de la corriente máxima que pueda suministrar nuestra batería. La bobina construida es de aproximadamente de 8 y 7 cm de diámetro interior y exterior, 0.5 centímetro de altura.
Levitación de una bobina
Conclusiones
La levitación magnética como vimos anteriormente es muy importante en la actualidad, siendo muy utilizada en la industria para mejorar sistemas de transporte y demás, esta se basa de principios eléctricos fundamentales como la corriente eléctrica, el magnetismo, electroimanes y otros, mostrándonos que la los fundamentos de la física se aplican en la gran mayoría de los objetos, maquinas e industrias que tenemos a nuestro alrededor. La relación entre magnetismo, corriente eléctrica, electroimanes y demás, nos demuestran que son temas básicos para la implementación de mejoras y nuevas tecnologías, que serán mucho más eficientes, estables y atractivas para nosotros. Los materiales y el trabajo para este tipo de nuevas tecnologías también demuestran que son muy amigables con el planeta, ya que no desechan tóxicos y se minimiza al máximo el uso de materiales que puedan dañar nuestro medio ambiente. Una de las pocas desventajas de este proceso es el costo tan elevado, por esto el desarrollo de esta tecnología no avanza tan rápido como otras, los materiales, mano de obra y materias primas aún son de un gran valor comercial, una de las causas de que este no se halla propagado por todo el mundo aun.
Levitación de una bobina
Conclusiones
La levitación magnética como vimos anteriormente es muy importante en la actualidad, siendo muy utilizada en la industria para mejorar sistemas de transporte y demás, esta se basa de principios eléctricos fundamentales como la corriente eléctrica, el magnetismo, electroimanes y otros, mostrándonos que la los fundamentos de la física se aplican en la gran mayoría de los objetos, maquinas e industrias que tenemos a nuestro alrededor. La relación relaci ón entre magnetismo, corriente eléctrica, electroimanes y demás, nos demuestran que son temas básicos para la implementación de mejoras y nuevas tecnologías, que serán mucho más eficientes, estables y atractivas para nosotros. Los materiales y el trabajo para este tipo de nuevas tecnologías también demuestran que son muy amigables con el planeta, ya que no desechan tóxicos y se minimiza al máximo el uso de materiales que puedan dañar nuestro medio ambiente. Una de las pocas desventajas de este proceso es el costo tan elevado, por esto el desarrollo de esta tecnología no avanza tan rápido como otras, los materiales, mano de obra y materias primas aún son de un gran valor comercial, una de las causas de que este no se halla propagado por todo el mundo aun.
Levitación de una bobina
Bibliografía http://www.fceia.unr.edu.ar/~fisica3/MagLev.pdf https://electromagnetismo2010a.wikispaces.com/file/view/Articulo+Electricidad.pdf http://levimagne.blogspot.com/ http://fiisicanet.blogspot.com/2009/11/levitacion-magnetica.html http://www.magnetismo.es/EXPLICACION%20DE%20LA%20LEVITACION%20MAGNETICA.html https://seporque.wordpress.com/category/tipos-de-levitacion/ http://www3.icmm.csic.es/superconductividad/superconductividad/levitacion/
http://www.ejemplos.co/40-ejem http://www.ejem plos.co/40-ejemplos-de-materiales-supe plos-de-materiales-superconductores/#ixzz4oylKc9k rconductores/#ixzz4oylKc9kp p http://www2.fisica.unlp.edu.ar/materias/FEIII/OLD/2012/03EXPERIMENTOS_LEVITACION.pdf Video de aplicaciones: https://www.youtube.com/watch?v=fyuOZDu_wWw https://www.youtube.com/watch?v=fyuOZDu_wWw
Levitación de una bobina
Levitación de una bobina
