Magnetismo: resonancia y trenes Maglev   10 Dec 2005 - Tech - Science

El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza, de las que ya hemos hablado mucho en esta web. Las fuerzas magnéticas se producen como fruto del movimiento de partículas con carga, como son los electrones, de ahí la estrecha relación que existe entre electricidad y magnetismo (que integran el marco de la teoría electromagnética). El magnetismo se constata, por ejemplo, en la interacción existente entre el hierro u otros materiales ferromagnéticos y el campo magnético terrestre. La atracción y repulsión de este tipo de materiales es la manifestación física más conocida de las fuerzas magnéticas. Es importante mencionar que los fenómenos electromagnéticos son descritos con precisión en las ecuaciones de Maxwell, que unificó las contribuciones de Coulomb, Gauss, Ampere y Faraday, introduciendo así el concepto de campo electromagnético y dando lugar al estudio de la radiación electromagnética (electrodinámica) en la que profundizaremos más en otra ocasión. El magnetismo ha sido piedra angular en la compresión de la estructura atómica de la materia.

Una aplicación importante del magnetismo es la resonancia magnética nuclear que aprovecha las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos. Esta consiste básicamente en lo siguiente: los campos magnéticos de los núcleos pueden ser alineados en la dirección de un campo magnético aplicado externamente. La respuesta al campo depende del tipo de núcleos, con lo que podemos extraer información fundamental sobre una muestra. Aunque la mayoría de las aplicaciones de la resonancia están ligadas al campo de la medicina (obtención de imágenes del interior del organismo como resultado de la aplicación de campos magnéticos sobre las células, que responderán con la emisión de distintas ondas de radio dependiendo de su densidad y contenido en agua, ondas sobre las que se procederá un tratamiento digital) también es útil para la investigación en computación cuántica, de la que ya hemos hablado.

Otro concepto interesante que surge esencialmente del magnetismo es el de superconductividad, que es la propiedad que poseen ciertos materiales de conducir corriente eléctrica con una resistencia y pérdidas de energía cercanas a cero. Tengan en cuenta que en los actuales cables que se usan para las redes de distribución de energía eléctrica en todo el planeta, tienen unas pérdidas de energía desorbitantes debido en gran parte a la resistencia de los materiales que se usan para tal fin. Descubierto en 1991 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, el fenómeno de superconductividad requiere temperaturas muy bajas (que pueden conseguirse mediante la utilización de nitrógeno líquido) además de no exceder unos valores críticos de corriente y campo magnético.
El problema es que con la tecnología actual, la energía utilizada para recrear estas condiciones donde se pueda desarrollar el fenómeno, no amortiza el ahorro de energía que nos reporta el superconductor. Aunque idealmente el uso de los superconductores logra la desaparición total de la resistencia, no podemos afirmar que estos materiales tengan una conductividad infinita porque esto carece de sentido en el seno de las leyes de la termodinámica. Los superconductores son utilizados, por ejemplo, para la producción de imanes (muy costosos, por cierto) que se utilizan para generar los campos magnéticos usados en resonancia magnética nuclear. La explicación del fenómeno de superconductividad se desprende de la física cuántica y una modificación de la teoría del condensado Bose-Einstein llamada Teoría BCS.

Estos imanes superconductores tienen otras aplicaciones como el uso para la aceleración de partículas (el ya mencionado LHC del Cern usará este tipo de tecnología) o para producir el fenómeno de levitación, cuyo propósito tecnológico más patente en estos momentos es el de la construcción de trenes de levitación magnética o Maglev. Estos trenes, que van suspendidos en el aire, son empujados por las fuerzas magnéticas. La ausencia de contacto entre carril y tren hace que la única fuerza de rozamiento sea la del aire, con lo que se consiguen velocidades muy superiores a las de los trenes convencionales, generando menos ruido y consumiendo menos energía.
Pueden llegar a los 650 km/h y por ello son férreos competidores del transporte aéreo. China, Alemania y Japón son los países punteros en este tipo de tecnología. A modo de ejemplo, la línea que une Shanghai con su aeropuerto recorre los 30 km que los separan en 7 minutos. Los Japoneses tienen sobre la mesa el proyecto de la línea Chuo Shinkansen, que conectará las dos grandes ciudades de Tokyo y Osaka, separadas unos 500km, recorrido que pulverizará en aproximadamente una hora. El problema fundamental de este tipo de líneas hoy en día, es el alto coste de construcción de las mismas.

En Discovery Channel aseguran que es teóricamente posible construir un túnel suspendido por encima del Océano Atlántico que recorra la distancia existente entre New York y Londres en 54 minutos. Para ello, este túnel que tendría más de 5000 km y que se hallaría flotando por si mismo en el océano, tendría que albergar en su interior a un tren Maglev que viajase a una velocidad de 8050 km/h. Más info aquí.