jueves, 7 de abril de 2016

¿Cuál es la historia del electromagnetismo y el tren Maglev?




Las ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos eléctricos y los campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda electromagnética
Albert Einstein a formuló su teoría de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré.
En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el electromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera coherente con la nueva teoría. Esto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cuántica electromagnética o mejor conocida como electrodinámica cuántica.
Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas de estos fenómenos. Durante este tiempo, grandes hombres de ciencia como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros investigaron estos dos fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus experimentos.

A principios del siglo XIX Hans Christian Orsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético.
Las llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos eléctricos y los campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético. Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda electromagnética. Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos antes separados, los físicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como la bombilla eléctrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla. El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente de sus implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a formular su teoría de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik  Antoon  Lorentz y Henri Poincaré.

En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el electromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera coherente con la nueva teoría. Esto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cuántica electromagnética o mejor conocida como electrodinámica cuántica.


En 1978 gran Bretaña tenía el liderazgo en investigación Maglev. Erik Laithwaite desarrollo un vehículo de pasajeros Maglev el cual pesaba 1 tonelada y podía llevar 4 pasajeros. Pero la investigación fue suspendida en debido a que dejaron de financiarla.

Hamburgo, Alemania 1979

Transrapid 05 fue el primer tren Maglev con propulsión de estator largo patentado para transporte de pasajeros. En 1979, sobre 908 metros de vías fue abierto en Hamburgo para el International Transportation Exhibition (IVA 79). Hubo tanto interés que la operación tuvo que extenderse hasta 3 meses después de terminado la exhibición, transportó 50.000 pasajeros. Fue re-ensamblado en Kassel en 1980.

Birmingham Inglaterra 1984-1985

El primer Maglev de baja velocidad totalmente automatizado, operaba en una sección elevada de 600 metros sobre una pista monorriel, entre el aeropuerto internacional Birmingham y la estación internacional de ferrocarril de Birmingham, fue cerrado temporalmente en 1995 por problemas en el diseño.

China 1995 -actualidad

La máxima velocidad probada de un Maglev actual que opere comercialmente fue la obtenida en la demostración lineal del IOS (inicial operating segment) del tren alemán Transrapid construido en Shangai, China, que transportó personas durante 30 km (18.6 millas) en tan solo 7 minutos 20 segundos, consiguiendo una velocidad tope de 431 km/h (268 mph), y promediando 250 km/h (150 mph).

Existen otras líneas comerciales operativas en Japón, como la línea Linimo. Algunos proyectos de Maglev están siendo estudiados por su factibilidad. En Japón, en la pista de pruebas de Yamanashi, la tecnología actual de los Maglev está madura, pero los costes y otros problemas crean dificultades para su desarrollo e implementación, por lo que se están intentando desarrollar tecnologías alternativas para resolver estas dificultades.

miércoles, 6 de abril de 2016

¿Qué es?¿Cómo funciona?




La importancia de la teoría electromagnética hoy en día es incuestionable, dada la gran cantidad de aplicaciones en nuestro mundo cotidiano. Esta rama de la física estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos, que están estrechamente relacionados.

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 súper conductividad 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.
El Tren Maglev de Shanghai es el tren más rápido del mundo en operación comercial. Corre del Distrito Financiero de Lujiazui al Aeropuerto Internacional de Pudong. El Maglev recorre los 30 kilómetros de distancia en menos de ocho minutos, alcanzando velocidades hasta de 433 km/h  Maglev es la abreviatura de "Levitación Magnética". Básicamente, el tren es elevado por potentes imanes que proporcionan la propulsión y elevación. Hay rieles para "orientar" el tren, pero el tren no tiene ruedas que hagan contacto con los rieles, así mismo el tren se eleva y "flota" en este campo magnético.
La principal ventaja es que el tren puede alcanzar velocidades muy altas, ya que está esencialmente "volando" a baja altitud dentro del campo de los rieles. Es diferente de los trenes comunes o los automóviles regulares, en que no tiene contacto ninguno con la superficie que crea fricción y lo desacelera. La primera operación comercial del Maglev fue del tipo «transporta personas». Abierto oficialmente en 1984 en Birmingham, Inglaterra, operaba en una sección elevada de 600 metros sobre una pista de monorríel, entre el Aeropuerto internacional de Birmingam y la Estación Internacional de Ferrocarril de Birmingham. Viajaba a una velocidad de 42 km/h, hasta que el sistema fue cerrado temporalmente en 1995 para corregir problemas de diseño. El Maglev de Shanghai es considerado la "prueba preliminar" para el enlace de alta velocidad que eventualmente conectará a Pekín, la capital de la República, con Shanghai, el mayor centro comercial y financiero del país, creando el tren urbano más rápido del mundo. Los planes de construcción comenzaron en Abril del 2008 y se prevé que el proyecto se completará en cinco años.

Un tren de levitación magnética es un vehículo que utiliza las ondas magnéticas para suspenderse por encima del carril (algunos de estos trenes van a 1 cm por encima de la vía y otros pueden levitar hasta 15 cm) e impulsarse a lo largo de un carril-guía. Si bien existen otras aplicaciones como, por ejemplo, las montañas rusas de levitación magnética o, lo que en la actualidad se encuentra bajo investigación, la propulsión de naves espaciales mediante este mismo fenómeno (lo que se menciona más adelante), estas se basan en los mismos principios que los trenes tanto para mantenerse levitando como para impulsarse a lo largo de un carril-guía. Por esta razón este trabajo se centrará en los trenes de levitación magnética y más aún, en el principio de funcionamiento de estos, dándole menos importancia a otros aspectos como: impacto ecológico, viabilidad económica (excepto en el caso de la propulsión de naves espaciales, donde se convierte en tema prioritario), confort, tendido estratégico de vías, diferentes diseños, etc.
Un Maglev no es otra cosa que un vehículo sobre un raíl (un tren, vamos) que emplea algunas propiedades magnéticas y cuánticas para levitar. Sí, como lo lees, el tren flota sin tocar nada en absoluto de la vía o el suelo. De esta manera se reduce enormemente la resistencia por fricción, uno de los principales problemas para alcanzar la alta velocidad. Además, usa el sistema magnético para tomar impulso, de manera que puede llegar a conseguir una velocidad sencillamente increíble.


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.