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El efecto Meissner y los trenes Maglev

Santiago Campillo nos muestra un experimento científico en el que desafía la ley de la gravedad. Con unas placas superconductoras y nitrógeno líquido, que utiliza para enfriarlas, consigue que leviten. Es el denominado Efecto Meissner, y tiene aplicación, por ejemplo, en la tecnología que utiliza el tren bala de Japón.

El Efecto Meissner, también denominado efecto Meissner-Ochsenfeld, consiste en la desaparición total del flujo del campo magnético en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crítica. Sigue leyendo para saber cómo el efecto Meissner se ha aplicado a los extraordinarios trenes maglev en Japón y Corea del Sur.

Origen y explicación del Efecto Meissner

El efecto Meissner, una propiedad de todos los superconductores, fue descubierto por los físicos alemanes W. Meissner y R. Ochsenfeld en 1933. Estaban midiendo la intensidad del campo magnético que rodea a ciertos materiales y encontraron que, cuando los materiales se enfrían hasta el punto en que se vuelven superconductores, la intensidad del campo magnético se reduce a casi cero.

La razón de esto es que en un superconductor, los electrones pueden fluir prácticamente sin resistencia. Esto hace que sea muy fácil que se formen pequeñas corrientes en la superficie del material. Cuando el campo magnético se acerca a la superficie, hace que los electrones comiencen a fluir. Luego se crean pequeñas corrientes en la superficie del material, y estas corrientes tienen el efecto de cancelar el campo magnético.

A medida que un superconductor en un campo magnético se enfría a la temperatura a la que pierde bruscamente la resistencia eléctrica, se expulsa todo o parte del campo magnético dentro del material. Los campos magnéticos relativamente débiles son rechazados por completo desde el interior de todos los superconductores, excepto por una capa superficial de aproximadamente una millonésima de pulgada de espesor. Sin embargo, el campo magnético externo puede hacerse tan fuerte que impida una transición al estado superconductor, y el efecto Meissner no ocurre.

El tren bala: transporte por levitación magnética

Gracias al transporte por levitación magnética (o cuántica), una increíble forma de usar lo que sabemos sobre los superconductores, podemos alcanzar hasta los 603 km/h. Estamos hablando de un maglev, un tren movido gracias a estos efectos físicos.

El primer tren Maglev superconductor de alta velocidad operado comercialmente se inauguró en Shanghai en 2004, mientras que otros están en funcionamiento en Japón y Corea del Sur. En los Estados Unidos, se están explorando varias rutas para conectar ciudades como Baltimore y Washington, D.C. En Maglev, imanes superconductores suspenden un vagón de tren sobre una vía de hormigón en forma de U. Al igual que los imanes ordinarios, estos imanes se repelen entre sí cuando los polos coincidentes se enfrentan entre sí.

“Un vagón de tren Maglev es solo una caja con imanes en las cuatro esquinas”, dice Jesse Powell, hijo del inventor de Maglev, que ahora trabaja con su padre. Es un poco más complejo que eso, pero el concepto es simple. Los imanes empleados son superconductores, lo que significa que cuando se enfrían a menos de 450 grados Fahrenheit bajo cero, pueden generar campos magnéticos hasta 10 veces más fuertes que los electroimanes ordinarios, lo suficiente como para suspender e impulsar un tren. Estos campos magnéticos interactúan con simples bucles metálicos colocados en las paredes de hormigón de la vía guía Maglev. Los bucles están hechos de materiales conductores, como el aluminio, y cuando un campo magnético pasa, crea una corriente eléctrica que genera otro campo magnético.

La seguridad de los trenes Maglev

Otro gran beneficio es la seguridad. Los trenes Maglev son “impulsados” por la vía guía motorizada. Dos trenes que viajen en la misma ruta no pueden alcanzarse y chocar entre sí porque todos están siendo impulsados ​​para moverse a la misma velocidad. Del mismo modo, los descarrilamientos de trenes tradicionales que ocurren debido a tomar una curva demasiado rápido no pueden ocurrir con Maglev.

Cuanto más se aleja un tren Maglev de su posición normal entre las paredes de la vía guía, más fuerte se vuelve la fuerza magnética que lo empuja a su lugar.

Esta característica principal es lo que más le emociona a Jesse Powell: “con Maglev, no hay conductor. Los vehículos tienen que moverse donde los envía la red. Eso es física básica. Entonces, ahora que tenemos algoritmos informáticos para enrutar cosas de manera muy eficiente, podríamos cambiar la programación de toda la red sobre la marcha. Conduce a un sistema de transporte mucho más flexible en el futuro ”.

ACERCA DEL AUTOR

Santiago Campillo

ACERCA DEL AUTOR

Santiago Campillo

Santiago Campillo es biólogo, divulgador y periodista científico.