Todo sobre magnetismo: 3era entrada: Aplicaciones

En este post se hablará de los siguientes temas:

Aplicaciones científicas, industriales y domésticas del magnetismo.

Aplicaciones científicas.

Polígonos regulares: el efecto del magnetismo en el agua.

El divulgador Manuel Díaz Escalera diseñó un sencillo experimento en el que se podían comprobar las propiedades magnéticas en el agua. Para demostrar este fenómeno físico, utilizó fichas del conocido juego de las damas. Utilizando estas “piezas”, Díaz Escalera enseña cómo el magnetismo provoca la formación de polígonos regulares sobre el agua, debido a las fuerzas de atracción y repulsión entre ellas:

Con este vídeo, se ve claramente cómo el magnetismo también es capaz de actuar y “mantenerse” dentro del agua. Esa es la razón por la que las fichas forman polígonos regulares en el propio vaso con agua.

El efecto magnético de “ralentizar” los movimientos

Imaginemos que intentamos introducir una pieza metálica de neodimio a través de un tubo de cobre. ¿Qué ocurrirá? El magnetismo es capaz de ralentizar su movimiento a través del cilindro de cobre, algo que ya pensó el físico Heinrich Friedrich Emil Lenz, quien enunció la luego conocida como Ley de Lenz.

Esta teoría física fue determinada por el científico en 1833, y dice que “el sentido de las corrientes o fuerza electromotriz inducida es tal que se opone siempre a la causa que la produce, o sea, a la variación del flujo”. Como puede observarse en el vídeo, el paso de las piezas de neodimio se “frena” por un puro efecto magnético.

La Tierra, ese gran campo magnético

Cuando hablamos de magnetismo, no debemos olvidar que nuestro planeta se comporta como un gran imán. Esta observación fue realizada ya en 1600, cuando el físico y filósofo británico William Gilbert señaló esta similitud. El fenómeno magnético terrestre, no obstante, se usaba mucho tiempo atrás, con el uso de las famosas brújulas en navegación.

Podemos comprobar a la perfección cómo funciona el magnetismo terrestre mediante el vídeo anterior. De nuevo el divulgador Díaz Escalera muestra fácilmente cómo se comportaría el campo magnético interior de la bola de corcho (que funciona como si fuera el planeta Tierra). Las limaduras de hierro se sitúan en función de las líneas de fuerzas que salen del polo norte del imán y entran por el polo sur de la bola de corcho.

Conductividad del agua

Las moléculas de agua están formadas por átomos de hidrógeno y oxígeno y sus respectivas órbitas de electrones. Cuando se expone al agua, un campo magnético es transportado por las partículas de electrones que están expuestas al campo, de acuerdo con la Enciclopedia del Agua. La interacción física y química que tiene lugar entre las cargas eléctricas y las moléculas de agua puede causar que ciertos átomos pierdan sus electrones. Cuando esto sucede, los átomos se ionizan o cargan debido a los electrones que faltan. Como resultado, estos átomos intentarán recuperar estos electrones. La combinación de los átomos ionizados y los campos magnéticos hace que se forme una corriente eléctrica en el agua.

Niveles de PH

El nivel de pH es una medida de ácido en agua o contenido alcalino, de acuerdo con los Microbial Life Educational Resources. Se basa en una escala de 14 puntos donde los altos niveles de acidez están comprendidos en el rango de 1 a 6, siendo 1 el nivel de acidez más alto. Los niveles más altos de alcalinidad caen dentro del rango de 8 a 14, con 14 siendo el contenido alcalino más alto. Los niveles de pH también apuntan a la conductividad eléctrica en términos de qué tan bien un cuerpo de agua puede conducir la electricidad. En efecto, un nivel alto o bajo de la conductividad puede indicar qué tan fuerte es el campo magnético.

Efectos

Ya que el agua se forma de átomos de hidrógeno y oxígeno, los efectos ionizantes causados por un campo magnético son el resultado de cómo interactúan las cargas eléctricas con los átomos de hidrógeno. Cuando el agua tiene un alto contenido de ácido (o el nivel de pH es bajo), esto se corresponde con la cantidad de iones de hidrógeno presentes, de acuerdo con los Microbial Life Educational Resources. En efecto, las cargas eléctricas que sustentan un campo magnético son transportadas por los iones de hidrógeno contenidos en el agua. Como resultado, las altas concentraciones de ácido en el agua hacen que un campo magnético sea más fuerte.

Aplicaciones industriales.

Motores de inducción.

El invento de la máquina de inducción en 1880 completó al sistema de energia de corriente alterna el cual en este tiempo se encontraba en competencia con el sistema de energía de corriente alterna, incluyendo el motor de inducción, fue idea del excelente ingeniero yugoslavo Nikola Tesla. El sistema fue planteado en 1888. La primera aplicación a grande escala de este sistema fue la planta hidroeléctrica de las cataratas de Niágara. En la actualidad la gran mayoría de los motores industriales, desde unos cuantos caballos de potencia hasta los de mayor capacidad, son máquinas de inducción trifásicas. Tres máquinas no requieren conexión eléctrica en los desvanados de rotor; en cambio, los desvanados del rotor son conectados en corto circuito. El flujo magnético que cruza el entrehierro encadenada al devanado del rotor. Dado que entre el motor y la densidad del flujo en el entrehierro existe un movimiento relativo, se presentan voltajes inducidos en los devanados en corto circuito del rotor, causando con ello que fluyan corrientes en dichos desvanados. El hecho de que las corrientes en el rotor se presenten por inducción, es lo que le da nombre a éste tipo de maquina. En ocasiones se les llama máquinas asincronas porque su velocidad de operación es ligeramente menor a la velocidad sincrónica en el modo motor y un poco mayor en el modogenerador.

Activación magnética en agua.

Se determinaron las condiciones óptimas de tratamiento magnético del agua, mediante las cuales se logra: aumentar la solubilidad de los cloruros y nitratos de los metales alcalinos, el carbonato de la solubilidad y conductividad, y el segundo, en la obtención de información sobre el efecto del campo magnético en la cinética de disolución del carbonato de calcio. Los métodos experimentales usados en este estudio fueron el isotérmico; el integral, apoyado en la variación de una propiedad física, y el conductimétrico. Los resultados indicaron que en todos los sistemas estudiados se obtuvo un efecto estimulador del campo magnético en la respuesta medida en dependencia de las condiciones de tratamiento. El mecanismo que se propone para explicar estos efectos está basado en el posible cambio en la hidratación de losiones, y en el incremento, en la constante dieléctrica, del agua después de la activación magnética.

Imágenes por resonancia magnética.

Una imagen por resonancia magnética (IRM), también conocida como tomografía por resonancia magnética (TRM) o imagen por resonancia magnética nuclear (NMRI, por sus siglas en inglés) es una técnica no invasiva que utiliza el fenómeno de la resonancia magnética para obtener información sobre la estructura y composición del cuerpo a analizar.Esta información es procesada por ordenadores y transformada en imágenes del interior de lo que se ha analizado.Es utilizada principalmente en medicina para observar alteraciones en los tejidos y detectar cáncer y otras patologías. También es utilizada industrialmente para analizar la estructura de materiales tanto orgánicos como inorgánicos.

Tren de levitación magnética.

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,2 logrado en Japón en 2003, 6 km/h más rápido que el récord de velocidad del TGV convencional.

Aplicaciones domésticas.

En los últimos 100 años han surgido numerosas aplicaciones del magnetismo y de los materiales magnéticos. El electroimán, por ejemplo, es la base del motor eléctrico y el transformador. En épocas más recientes, el desarrollo de nuevos materiales magnéticos ha influido notablemente en la revolución de los ordenadores o computadoras.

La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas.