El efecto Meissner y el magnetismo

Atracción y repulsión magnética

Buenas, queridos lectores, en la vida hay elementos que se atraen y otros que se repelen. Al igual que les ocurre a los famosos con los paparazzi, o a los científicos con los magufos, en la naturaleza también podemos encontrar estos fenómenos. Hoy me gustaría hablaros de magnetismo, imanes y corrientes eléctricas.

Todos recordaremos cuando en el colegio estudiamos los imanes y nos explicaban que eran dispositivos o materiales (artificiales o naturales) que poseen un magnetismo significativo, es decir que ejercen fuerzas de atracción y repulsión sobre otros materiales. Todos los campos magnéticos tienen asociados dos polos magnéticos (denominados norte y sur) y por lo tanto, estos estarán también presentes en los imanes. Además, esto sucederá incluso aunque cortemos el imán en dos trozos más pequeños. Cada uno de los trozos dispondrá de sus propios polos norte y sur. Dividir un imán en trozos más pequeños para obtener un único polo magnético es algo que no puede suceder, aunque en 1931 Paul Dirac planteó la idea de una partícula hipotética consistente en un imán de un sólo polo, un monopolo magnético. Esto conllevaría  reescribir las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo, e incluso parece ser necesaria su existencia según algunas teorías del origen del universo. Sin embargo, todos los intentos de obtener monopolos magnéticos en los aceleradores de partículas han fracasado. Pero volvamos a los que sí existen, demostrados por la física, a los dipolos magnéticos.

Los polos de un imán están unidos por líneas de fuerza, debidas al campo magnético existente. Estas líneas de fuerza salen de uno de los polos y vuelven a entrar por el otro creando una curva cerrada, atravesando el material. Aunque estas líneas de fuerza son invisibles pueden vislumbrarse, por ejemplo, mediante el uso de limaduras de hierro extendidas alrededor de un imán, ya que las líneas de campo indican la posición energéticamente más favorable en la que se dispondrá otro imán o momento magnético.

Líneas de campo magnético de un imán

Dado que las líneas del campo magnético conectan los polos norte y sur, resulta evidente que dos imanes enfrentados por sus polos opuestos se atraerán y por los mismos polos se repelerán. En el primer caso nuevas líneas de campo magnético unirán los polos de los dos imanes, mientras que en el segundo no habrá ningún tipo de conexión entre ellos.

Atracción y repulsión magnética

En 1933 Walter Meissner y Robert Ochsenfeld se encontraban midiendo la distribución de flujo magnético en el exterior de muestras de plomo y estaño cuando, al disminuir la temperatura de estas muestras por debajo de un determinado valor crítico se dieron cuenta de que el campo magnético en el interior de las muestras se anulaba por completo. Esto significa que por debajo de cierta temperatura (denominada temperatura crítica), y en presencia de un campo magnético, todas las líneas de campo son expulsadas del interior del material, por lo que se comporta como un material diamagnético perfecto (es decir, que es repelido por un campo magnético, en oposición a los materiales ferromagnéticos, que son los atraídos por los campos magnéticos). ¡Las muestras de plomo y estaño comenzaron a levitar!

A este fenómeno se le denominó el efecto Meissner y sirvió de base para definir la Superconductividad, que aunque ya se conocía desde 1911, no fue comprendida en profundidad hasta más adelante, ya que en esa época no se disponía de las herramientas matemáticas suficientes para ello. La superconductividad, recordemos, es el fenómeno por el cual un conductor eléctrico pierde toda su resistencia eléctrica por debajo de cierta temperatura crítica.

En el siguiente vídeo podemos observar la levitación debida al efecto Meissner. Sobre unos imanes se coloca un material superconductor enfriado mediante nitrógeno líquido para que su temperatura sea inferior a la temperatura crítica. A los pocos segundos, cuando el material se ha calentado lo suficiente para superar la temperatura crítica, las líneas de campo magnético vuelven a atravesarlo, deja de comportarse como un material diamagnético perfecto y cae.

Dejemos de lado, momentáneamente, el magnetismo y el efecto Meissner. ¿Conocéis lo que es una banda de Möebius? Es una superficie (bidimensional) que tan sólo tiene una cara y un sólo borde, es decir, que si la ponemos en ella un dedo podemos recorrerla entera y volver al punto de partida sin levantarlo. Otro ejemplo de este tipo de objetos es la botella de Klein, que forma una superficie de una sola cara pero, esta vez, sin ningún borde.

Banda de Möebius y botella de Klein

¿Y por qué mezclar el efecto Meissner y la banda de Möebius en un mismo artículo, si no tienen relación aparente entre sí? Pues bueno, era la excusa para poder poneros a continuación un vídeo muy interesante sobre un objeto levitando en una banda de Möebius… ¿o el vídeo era la excusa para escribir el artículo? La verdad es que no lo tengo muy claro, pero en cualquier caso, echadle un ojo al vídeo ya que al menos es visualmente impactante.

http://www.youtube.com/watch?v=IZ0LhoTQmi8

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One Response to El efecto Meissner y el magnetismo

  1. Buenas tardes:
    Mi nombre es Carmen Torres soy documentarista de la compañía Puertorriqueña Dreyfous & Asoc. Nos dedicamos a crear módulos para la enseñanza de materias tales como Ciencias, Matemáticas, Sociales, Fisica etc. para escuela primaria, secundaria y superior. En estos momentos estamos creando módulos para la materia de Ciencias y nos gustaría que ustedes nos puedan facilitar la imagen que acompaña este escrito (atraccionyrepulsion.jpg). Si es posible que nos den el permiso de utilizarla le estaríamos mas que agradecidos. De ser posible, enviarla en alta resolución.
    Cualquier duda se puede comunicar via email a mi correo ctorres@dreyfous.com

    Gracias por su pronta atención,

    Carmen Torres
    Documentarista
    Dreyfous & Associates

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