Levitación, Superconductores, Confinamiento

Uno de los anhelos mas grandes del hombre desde tiempos inmemoriables ha sido el poder volar, en cierta forma ya hemos conquistado como humanidad ciertas cosas, pero en general queda por tener, ese sentir de ser como aves o incluso ir más haya y hacer algo al estilo superman.
Junto a este sentir, no es de extrañar que la palabra Levitar nos facine tanto, pero, ¿qué es levitar?, lo definire como el suspender un objeto en forma estable en el espacio pero sin que dicha suspención sea consecuencia de un contacto físico directo, con esto descartamos el volar de las aves, el elevarse por los aires por la propulsión de un fluido y obviamente el tener un objeto sobre otro. Para aclarar, les muestro algunos ejemplos de que "NO ES LEVITAR"

Ya teniendo la idea de que es Levitar, pasemos, ahora a la segunda palabra clave en el titulo de la entrada de hoy. La Conducción la restringire hoy a un caso muy particular, la cual es la Conducción Eléctrica, en este sentido, entendemos la conducción como el paso de cargas electricas de un lugar a otro (Corriente Eléctrica), lo cual muy a menudo ocurre atravesando un medio material, en esto, es muy normal que el material dicho en forma muy mundana "no le gustara que lo atraviesen las cargas", por lo que su respuesta sera por lo general oponerse, esta oposición al paso de dichas cargas que presenta un material le llamamos Resistencia Eléctrica, que en forma abreviada le llamare solo resistencia y que como agregado cultural mencionaré que la unidad con la que se cuantifica es el Ohm.
Esta Resistencia, en general depende de una gran cantidad de variables, que van desde las obvias (tipo de material, de la geometría, etc.), hasta otras no tan obvias (de la temperatura, de la iluminación, la direccion de la Corriente Eléctrica, etc.), aclaro que lo obvio depende de cada persona y que en este caso cite un pensar comun. Cuando se estudia a un material para saber como se opondra al paso de la corriente eléctrica pero despojandolo del efecto de la gometria y de la dependencia de la cantidad de material, es decir, esa oposición en su forma intensiva, se le llama Resistividad (es una propiedad del material) y con dicho concepto se suele catalogar a los materiales en Dieléctricos y Conductores.
Un Dieléctrico es un material al que se le considera un fuerte opositor a que le pase una Corriente Eléctrica, es decir, con alta Resistividad.
Un Conductor por otro lado, es un material al que se le considera que casi no se opone al paso de una Corriente Eléctrica, es decir, con baja Resistividad.
Haré una breve observación, por lo general, una parte de Energía suministrada para generar una Corriente Eléctrica, se suele perder por la presencia de Resistencia Eléctrica, esto hace que se crea erroneamente que siempre la Resistividad es en general algo indeseable, pero dire en su defensa, que en muchas ocasiones no es el caso, tan es asi que muchas veces es algo deseable, la energia perdida por la Resistividad de un material se suele presentar en forma de calor (Efecto Joule) y es debido a ello que podemos tener parrillas electricas, focos incandecentes, termostatos, etc.
Regresando al tema que nos concierne, como casi todo en la vida, hay comportamientos exoticos que merecen una atención especial, tal es el caso de los materiales que no presentan oposición a la Corriente Eléctrica. Dentro de estos materiales que tienen Resistividad CERO hay un grupo que se ganan el nombre de Superconductores, se que se preguntaran ¿acaso hay varios materiales que tienen Resistividad Cero? la respuesta es que si (aunque  no tantos como nos gustaria). Solo se le llama Superconductor a un material que tiene Resistividad Cero y adémas presenta un fenómeno llamado Efecto Meissner, para los que no presentan este efecto simplemente se les llama Conductores Perfectos. Los materiales superconductores se descubrieron en epocas recientes y son muy estudiados muy activamente hoy en dia por todo lo que pueden ofrecer y no sólo porque no disipan energía por Efecto Joule.
¿Qué tiene que ver la Levitacion con los Superconductores? Tiene que ver con el ya comentado Efecto Meissner, dicho efecto se presenta cuando un material que es expuesto a un Campo Magnético externo (un Imán por ejemplo) responde anulando el flujo de dicho campo en su interior, es decir, el material genera dentro de si, un Campo Magnético idéntico al que se le presenta pero en sentido contrario, desde el exterior esto se nota como si el material fuera un Magnéto (Imán) con polos opuestos al que se le presenta, por lo que el material muestra una repulsión. Esto en un vistazo se resume a que el material puede flotar si es colocado encima de un Imán (Levita).
Hasta aqui, seguramente no ha habido algo sorprendente, pero pasemos a la parte importate de este post, el Efecto Meissner, es un efecto Cuántico, se dirá, ¿No se supone que los fenómenos cuánticos solo se observan a escalas muy pequeñitas? La respuesta en un gran No, estos fenómenos también pueden ser observados macroscopicamente (osea a nuestra escala), la palabra Cuántico no es más que decir que se tienen cosas discretas (¿Que?), discreto se dice en otras palabras, que algunas (o alguna) cantidades fisicas no pueden tomar un valor arbitrario, si no solamente ciertos valores determinados (como si solo se tuviera en paquetes), se qué esto no suena muy claro, pero intentare explicar con una analogía, pensemos en refrescos
Cuando vamos a la tienda y compramos refrescos, estos sólo se venden por cantidades especificas o en conjuntos de esas cantidades, osea, una botella o pack de botellas o envases, pero no puedo comprar digamos solo 5 ml de refresco, algo así es la naturaleza en realidad, muchísimas cantidades físicas estan cuantizadas, pero no lo notamos generalmente porque esos paquetitos son tan diminutos que cuando nosotros los vemos, notamos como si fuera un continuo, tomaré un simil para intentar aclarar esta ilusión en la que vivimos, nosotros cuando vemos agua nos parece que podemos tomar la cantidad que sea, pero si recordamos bien, el agua esta hecha de moleculas (H2O) que son digamos un paquetitos de agua, y obviamente entonces solo podemos tomar multiplos de esos paquetitos, no puedo tomar un equivalente de agua a media molecula de agua (¡porque no seria agua!).
La Cuantización va mas haya de eso, pero comprendiendo esto, ya no suena tan ajeno que podamos notar algunos efectos a nuestra escala. Un caso muy interesante es cuando debido a la Cuantización del espacio (se puede estar solamente en ciertos lugares), se pude obtener lo que se llama confinamiento (este termino es claro para un preso), es decir, se puede tener cierta particula (objeto) a que solo este en cierto lugar (posición), este fenómeno de confinamiento, pareceria no tener mucho de interesante y mucho menos de aplicabilidad, suena a esas cosas que solo los físicos se imaginan y para nada podria ser de la vida cotidiana, ciertamente aun no es nada de la vida cotidiana, pero veamos esto que se llama "Levitación Cuantica" (es con lo que deseo integrar todo lo comentado anteriormente), asi que, veamos el siguiente video.
Este material Superconductor esta por un lado repeliendo al magneto bajo el y por otro lado esta "congelado en ciertas posiciones", lo que nos da en conjunto un interesante fenomeno de Levitación, ya se nota muy cerca esos tiempos en los que podemos viajar como en volver al futuro, de hecho, en algunos paises ya hay algunos transportes que usan esta tecnología, por ejemplo, en Japón opera un metro llamado Linimo desde hace varios años, en China tienen desde hace unos años un tren en operación que une algunas ciudades importantes (Maglev), acá una foto de cada uno respectivamente
 
Seguro tendrán algo de curiosidad de como es la idea de contrucción de estos dispositivos, le paso el enlace a un video con la receta de hagalo en casa, además viene con algunas explicaciones un poco más claras de cómo funciona
Esperando haber dejado una semilla de interés por los temas comentados cerrare el post con algunas preguntas que podrian responder o motivar otras entradas en este blog
1.-¿Hay más formas de Levitar?
2.-¿Se puede llegar a ser un investigador de profesión de estos temas en Mexico?
3.-¿Tienen algo de interesante los Conductores Perfectos?
4.-¿Sólo se debe estudiar lo que tiene una aplicación directa?

Es mi primer Post así que espero haya comentarios. Feliz dia y gracias por leerme.

Julio Cesar Hernandez

Soy un físico con poco tiempo libre pero muy oscioso, con la motivación de aprender y compartir.

No hay comentarios.:

Publicar un comentario

¿Tienes alguna duda o sugerencia? Tu participación te enriquece y me enriquece.