Diamagnetism
29 Jun, 2013
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PDFLevitating graphite
PRESENTATION: The diamagnetic substances like graphite are repelled by the magnetic field sources. If we place a sheet of pyrolytic graphite over four powerful magnets facing each other, we can see that it is kept levitating because its weight is balanced by the repulsion magnetic force.
- More Diamagnetism Demonstrations, Chris Conery, L. F. Goodrich, and T. C. Stauffer, Phys. Teach. 41, 74 (2003).
- A Simple Diamagnetic Levitation Experiment, Ron Edge, Phys. Teach. 41, 122 (2003)
INTRODUCTION: In electromagnetism, diamagnetism is a property of the materials which consists in being repelled by magnets. It is the opposite case of the ferromagnetic materials, which are attracted by magnets. The phenomenon of diamagnetism was discovered and labeled for the first time in September 1845 by Michael Faraday. Examples of diamagnetic materials are graphite, bismuth, copper, bronze,….
OBJECTIVE: to produce the levitation of a diamagnetic material over 4 magnets that are facing each other.
MATERIALS: four magnetic cubes, a small square pyrolytic graphite plate.
SETUP: the four magnets are placed forming a square in such a way that the two magnets in the same diagonal keep the same orientation between them and the opposite to the perpendicular diagonal. The alternating disposition is necessary to achieve the levitating effect. If they are placed in a different way they will not levitate. Then the graphite plate is placed over the magnets and we can observe how the plate floats over the four magnets. As a curiosity, we can add that there is no time limit, but the plate will float all the time one wishes.
EXPLANATION: In this experiment, thanks to the diamagnetic properties of graphite, we make a small plate of this material levitate over a set of magnets. This levitation is due to the peculiar disposition of the magnets, which gives shape to repulsion forces over a graphite plate. These make levitation notably stable, allowing for oscillation over its equilibrium position,
CONCEPTS: diamagnetism, magnetic levitation, magnetic field, magnet, diamagnetic materials.
MORE INFORMATION:
TEXTS:
- Tipler P.A. Física, Reverté, 2010.
- De Juana J.M., Física General, Pearson, 2009.
- Serway R.A, Jewett J.W., Física, Thomson-Paraninfo, 2010.
- Teplitz D., Electromagnetism. Paths to research, Plenum Press, 1982.
- Cheng D.K., Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería, Alhambra Mexicana, 1998.
STUDENTS 2012-2013: Lucas Álvarez, Alejandro Andrade, Adrián Martínez, Carolina Rodríguez.
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
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Relacionado con este tema he encontrado el efecto Meissner: desaparición total del flujo del campo magnético en el interior de un material superconductor si está por debajo de su temperatura crítica.
En el siguiente vídeo podemos observar este efecto, donde hay pastilla negra de un material superconductor (YBCO) y gracias al nitrógeno líquido baja su temperatura por debajo de la crítica (77ºK) produciéndose el efecto Meissner.
Sí claro, un superconductor es un diamagnético perfecto…
Una molécula diamagnética es el agua y un alimento con mucha agua es la uva, también resulta muy explicativo e interesante lo que sucede con unas uvas y un imán en este experimento.
Una explicación detallada de este comportamiento puedes verlo en los aperitivos del Exploratorium. Si el campo es lo suficientemente intenso los cuerpos con alto contenido en agua pueden ser de una masa superior.
El diamagnetismo, como dice Melca, se presenta en el compuesto más importante para la vida, el agua. Relacionado con esto está el efecto Moisés (¡y cómo logrará abrir las aguas!). Dos físicos japoneses, Masakazu Iwasaka y Shogo Ueno, lograron dividir el agua en un laboratorio, valiéndose de bobinas eléctricas de alta potencia. Gracias a ellas crearon un poderoso campo magnético alrededor de un tubo horizontal de vidrio parcialmente lleno de agua. El campo magnético obligó al agua a desplazarse con rapidez hasta los extremos del cilindro, dejando un espacio seco en el medio.
Esta técnica también funciona con animales vivos, y se ha hecho la prueba con una rana que levitó en un campo magnético de 16 Teslas.
Un experimento curioso (y útil en el futuro) es el del control de la placa de grafito con la luz. La luz concentrada sobre el grafito puede controlar el movimiento de la placa sobre el campo magnético y también el movimiento de la placa sobre sí misma debido a sus propiedades térmicas.
En el laboratorio.
Al natural, con luz solar.
Al natural, con luz solar.
Como se cita anteriormente el diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos. Es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos o paramagnéticos, los cuales son atraídos por los campos magnéticos.
Una de las aplicaciones del diamagnetismo es la levitación magnética, un método por el cual un objeto es mantenido en suspensión equilibrando su peso y la repulsión magnética. Una de las aplicaciones de la levitación magnética empleando fuentes de campo magnético es el transporte también llamado maglev, 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 y silencioso pero tiene como inconveniente del alto costo de las líneas. En el siguiente vídeo presenta la explicación del sistema de los trenes de levitación magnética.
Que lle pode chamar máis a atención ao alumnado que crearen eles mesmos o seu propio tren de levitación magnético? Pois Nesta páxina explica como facelo, con vídeo incluído.
Esta experiencia resulta tremendamente útil para asimilar visualmente el proceso de diamagnetismo, junto con otros ejemplos aportados en comentarios, como el tren de levitación, puesto que estamos más familiarizados con los materiales ferromagnéticos, y cómo éstos son atraídos por los imanes. El distinto comportamiento de unos y otros se basa en sus propiedades atómico-moleculares. La Universidad de Vigo presenta un amplio recurso multimedia, donde se explican en detalle los fenómenos electromagnéticos y las leyes por las que se rigen, y que puede ser de utilidad para quienes deseen profundizar en la materia; disponible en el siguiente link.
Siempre me ha parecido sorprendente el fenómeno de la levitación magnética. Uno de los recursos para poder llevarlo al aula es conocido como levitron, consiste en una peonza capaz de ser suspendida magnéticamente por tiempo indefinido. En la siguiente pagina os dejo un proyecto sobre él y una casa comercial donde los venden ya hechos.
Este experimento se puede llevar a cabo a mayor escala? Con imanes más grandes y un peso adicionado en la placa de grafito?
Seguro … la pieza de grafito es sólo de un centímetro de lado. Algo de mayor escala
El experimento parece simple de realizar y puede servir para explicar bastante bien los comportamientos magnéticos de diferentes sustancias. A pesar de su simpleza, el experimento llama la atención, y sin duda alguna captará la atención de los estudiantes. Para salpimentar el aprendizaje de estos conceptos puede ser útil el “experimento virtual” que hay en el siguiente enlace, que permite utilizar diferentes materiales diamagnéticos y paramagéticos y comprobar de forma interactiva como interaccionan cómo se comportan ante un campo magnético. Adicionalmente, como he visto que en comentarios previos algunos usuarios introducían algunos conceptos como “superconductor” o “efecto Meissner” aporto el siguiente vídeo de TED para enriquecer la discusión.
La actividad resulta muy llamativa y sirve para explicar la repulsión magnética. Además, relacionado con sus consecuencias se puede explicar el fenómeno de levitación magnética provocada por un superconductor y el efecto Meissner. La levitación de una peonza con un imán acoplado es incluso más impactante, ya que se puede observar una mayor distancia entre los imanes, aunque esto requiere de una mayor precisión a la hora de construir la peonza y de hacerla girar, teniendo que controlar cuidadosamente el peso y la velocidad de giro para que la peonza no salga disparada. Se puede observar la levitación de una peonza en el siguiente enlace de una tienda virtual para imanes de todo tipo.
Los experimentos de levitación debida al magnetismo siempre son sorprendentes y como sacados de una película de ciencia ficción. Me parecen herramientas ideales para motivar e ilustrar conceptos a los alumnos. En este vídeo se nos explican los distintos tipos de magnetismo: dia, para y ferromagnetismo.
Creo que podría ver este vídeo mil veces, me fascina ver estos fenómenos y la verdad es que no conocía lo que era el diamagnetismo.
Una puntualización, que creo necesaria por el uso laxo de estos términos. El diamagnetismo es una propiedad que exhiben todas las sustancias. Su efecto es pequeño en comparación con el paramagnetismo y sobre todo con el ferromagnetismo. Así, se habla de sustancias diamagnéticas, paramagnéticas, o ferromagnéticas en función de cuál de estos tres comportamientos sea el dominante. Por otra parte, una sustancia ferromagnética se satura, es decir, en presencia de un campo magnético se puede imantar de forma proporcional al campo externo, pero solo hasta un umbral límite. Campos mayores no le confieren un campo interno mayor. Por tanto, como además de ferromagnética también es diamagnética, si incrementásemos el campo de forma cada vez mayor, el efecto diamagnético podría llegar a ser superior y conseguir la levitación por repulsión! Sin embargo, como el ferromagnetismo es varios órdenes de magnitud más intenso que el diamagnetismo, serían necesarios campos magnéticos inmensos para conseguir este resultado, que son imposibles de generar con la tecnología actual, e inmensamente costosos en teoría.
Experimento muy interesante para aplicar en el aula. Paralelamente a este ensayo, estaría bien realizar otro sencillo con limaduras de hierro y un par de imanes rectangulares. De esta forma los alumnos podrían observar las líneas del campo magnético de tal forma que ellos puedan imaginarse el campo que ocurre entorno a los cubos magnéticos. A su vez con las limaduras y los dos imanes se pueden analizar variantes que pueden ocurrir con las líneas del campo magnético si se mantiene juntos o separados ambos imanes como se observa en el siguiente video.
Ademais de empregar os superconductores para os trens que levitan, algunhas empresas xa fabricaron motores superconductores para barcos (fabricado pola empresa American Superconductors) ou automóbiles (empresa xaponesa Sumitomo). A vantaxe destes motores é que son máis pequenos e potentes.
Na súa fabricación empréganse bobinas de cable HTS (high temperature superconductors) que poden transportar 150 veces a potencia dun cable de cobre de igual tamaño. Grazas a isto os motores teñen menor tamaño e o barco pesará menos. Isto permite que os novos buques, ademais de liberar espazo, aforren combustible. Deixo un enlace de divulgación se superconductividade do ICMM-CSIC.
En primeiro lugar, moi interesante a puntualización de Kais Jacob, non tiña nin idea de que o magnetismo funcionase en base a eses tres conceptos de ferromagnetismo, paramagnetismo e diamagnetismo. Respecto a este último, e como xa se expuso noutro comentario, a auga presenta esta propiedade. Tal é así, que se aproximamos un imán potente á auga producirase unha deformación na súa superficie a modo de depresión, como consecuencia da repulsión respecto do campo magnético do imán. Isto provoca que, se dispoñemos un obxecto non ferromagnético na auga e aproximamos un imán, dea a sensación de que se move pola acción do mesmo. Isto non é así, o movemento está provocado pola deformación que sofre a auga ante ao imán, de maneira que o obxecto se despraza coa depresión formada. Neste enlace podedes atopar un vídeo que ilustra moi ben este fenómeno. Se un se fixa ben, pode apreciarse a deformación da auga baixo o obxecto e no seu reflexo.
Primeramente, me parece muy interesante la explicación del fenómeno electromagnético del diamagnetismo, del que no sabía que se podían derivar aplicaciones tales como la magnetoencefalografía. Esta técnica se basa en registrar la actividad funcional del cerebro a través de la captación de campos magnéticos. En este artículo “Magnetoencefalografía: mapeo de la dinámica espaciotemporal de la actividad neuronal” se puede encontrar más información al respecto. Relacionada con los fenómenos de levitación magnética está su aplicación a los medios de transporte, de la que sí había oído hablar, pero no entendía muy bien. Considero que el siguiente vídeo de Órbita Laika explica de una forma muy didáctica el fenómeno. En el muestran cómo funciona la levitación magnética de un superconductor por el efecto Meissner, y lo ponen en práctica con una sencilla demostración.
Curioseando en la web me he encontrado con el caso del físico Andre K. Geim, que obtuvo en 2010 el premio Nobel de Física junto a Konstantin Novoselov por su trabajo con el grafeno. Diez años antes, Geim fue premiado con el premio Ig Nobel de la misma categoría gracias a una inusual demostración: consiguió hacer levitar a una rana mediante un campo magnético. En el siguiente enlace se dan más detalles.
Penso que este experimento é moi interesante e visual para os rapaces. Unha variable moito máis complexa deste experimento é a construcción dun prototipo para levitación de materiais ferromagnéticos en presenza do campo magnético producido por unha bobina. A modo de resumo, neste prototipo máis complexo plantexado, para o análisis electromagnético débense ter claros os conceptos de circuítos magnéticos e de campos inducidos por correntes e, da mesma maneira, dar solución á comprensión do funcionamento magnético do sistema. Para escoller a bobina, débese ter en conta o coñecemento constructivo básico, que indica que para mellorar o campo magnético resultante, débese utilizar un núcleo de material ferromagnético, e o número de espiras debe ser o suficientemente alto en concordancia co calibre do conductor utilizado. Para o soporte da corrente, débese ter en conta o calentamento ou disipación de potencia en forma de calor nos dispositivos, xa que este cambia as propiedades de funcionamento do mesmo. E, finalmente, para escoller o sensor débese ter en conta a dinámica que éste presenta no momento de captar unha variación na variable de medición. Sosteño que esta variable de experimento é moi complexa como para facer cos rapaces de secundaria, pero parecíame interesante comentala e dala a coñecer.
Los imanes y su “magia”. Para este experimento se necesita tener algo de material específico pero es muy ilustrativo de lo que ocurre con materiales diamagneticos.
El grafeno es un material diamagnético, sin embargo el trianguleno que es una estructura triangular de grafeno, sí puede llegar a observarse magnetismo a escala nanométrica. Esta investigación llevada a cabo en la Universidad de Santiago de Compostela puede consultarse en este enlace.
Ampliando el comentario anterior, en este vídeo del equipo de investigación de la Universidad Autónoma de Madrid, se explica cómo se introducen los átomos de hidrógeno en el grafeno para conseguir magnetizarlo.
Antes de nada, mencionar que el experimento es hipnótico, ver los imanes levitando genera expectación a cualquier persona y atraerá la curiosidad de los alumnos par conocer los fenómenos y que además les ayudará a comprenderlos. Para conocer más sobre el tema, me han parecido increíbles los videos mencionados por AndreaL realizado por Órbita Laika y el vídeo mencionado por Yaiza. Estos dos vídeos me han permitido aclarar los conceptos trabajados en el experimento, justo los demás temas y vídeos de los comentarios posteriores. También me ha servido de utilidad esta página, donde se explican de forma detallada los tipos de materiales magnéticos, entre los que se encuentra los diamagnéticos. Algunos de los experimentos mostrados en este número de la Revista Eureka ya han sido mencionados en algunos comentarios anteriores, pero creo que el diseño realizado por el alumnado del tren de levitación magnética con pasajeros de playmobil necesita una mención especial. Por otro lado he tenido que ir a observar el vídeo del escalador magnético. Para terminar podemos observar el diamagnetismo en el siguiente vídeo The Action Lab quienes han pasado de hacer levitar una rana, a mover un ratón gracias a un imán súper potente de neodimio. En esta página nos explican el fenómeno del vídeo, y nos lo muestran.
Profundizando en los materiales superconductores, en esta serie de videos del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, perteneciente al CSIC se explican con claridad sus principales propiedades, la temperatura crítica y los fenómenos de levitación estable que pueden lograrse con estos materiales, Incluye también alguna demostración de principales aplicaciones como en los sistemas de transporte y suspensión sin fricción.
Con respecto al diamagnetismo, y profundizando un poco en este tema, dejo un enlace muy interesante del Departamento de Física Aplicada III de la Universidad de Sevilla, así como otro de la Universidad de Vigo donde se explica este fenómeno con detalle.
El diamagnetismo yo lo estudié en el Máster de Biotecnología Avanzada de la Uvigo (especialidad ambiental) pues se usa en el tratamiento de aguas contaminadas o residuales. Esto se fundamenta en que la mayoría de los sedimentos son diamagnéticos. Por eso, es posible aplicar campos magnéticos de considerable intensidad a fin de remover los residuos perjudiciales.
Excelente experimento para captar la atención del alumnado y, en general, de cualquier persona que, además, ayudará a que comprendan el fenómeno del diamagnetismo y que se interesen por los materiales diamagnéticos. A continuación, os dejo un vídeo muy curioso sobre el diamagnetismo de la sangre.
Dejo un enlace a un experimento realizado en relación con el diamagnetismo en la sección de ciencia del programa “El hormiguero“, que resulta visualmente muy atractiva. Además, adjunto un par de links con información sobre cómo funcionan los trenes MagLev, y con el desarrollo que está llevando a cabo Hyperloop, con proyectos que con esta tecnología de levitación magnética permitirían unir ciudades en tiempos récord.
-Información sobre el tren de levitación magnética:
– Enlace a información del proyecto Hyperloop:
Con respecto al tema de magnetismo y gracias a Internet, podemos visitar virtualmente o conocer más sobre los más importantes laboratorios en nuestro planeta. Así que como complemento a lo comentado, deseo compartir estos enlaces: 1) La Ciencia es una actividad colectiva, y en algunos casos requiere unir esfuerzos entre instituciones o incluso países. En este caso, encontramos en EEUU el Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos, el más grande y de mayor potencia del mundo. Financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia y el estado de Florida, cada año más de 2.000 científicos vienen de todo el mundo a utilizar nuestras instalaciones en la Universidad Estatal de Florida, la Universidad de Florida y el Laboratorio Nacional de Los Álamos para investigar cuestiones fundamentales sobre la energía de los materiales y la vida. Y muchos institutos y laboratorios de prestigio, cuentan con un apartado dirigido al sector educativo, o récords a nivel mundial en la generación de campos magnéticos intensos
En invierno, esta actividad luce interesante, inclusive sin los imanes De lujo para observar la formación de estructuras.
Me parece súper interesante este experimento, y es que en la carrera de Química, se estudian estos conceptos muy ampliamente, pero no se nos demostró nunca con un caso práctico que nos permitiese verlo en directo. El diamagnetismo es un tipo de magnetismo que se forma en oposición a un campo magnético externo y desaparece cuando se elimina el campo externo. El paramagnetismo se refiere a un tipo de magnetismo que se forma a lo largo de la dirección de un campo magnético externo y desaparece cuando se elimina el campo magnético externo. Y por último, el ferromagnetismo es un tipo de magnetismo que se forma a lo largo de la dirección del campo magnético externo y puede permanecer cuando se elimina el campo magnético externo. Esto se debe al momento angular de los electrones que forman las moléculas (es una propiedad cuántica). Los humanos estamos formados por aproximadamente un 70% de agua. Como se ha mencionado en comentarios anteriores, el agua es una sustancia diamagnética. Este principio se usa en medicina para someter al cuerpo humano a distintas pruebas, mediante las cuales nuestro organismo reacciona antes distintos campos magnéticos externos que inciden sobre nuestro cuerpo, en pruebas como por ejemplo, la resonancia magnética de cualquier parte del cuerpo, o el biomagnetismo (sistema terapéutico en el que se usan imanes de alta potencia para suprimir bacterias, virus, hongos y esos parásitos que son los autores de prácticamente todas las enfermedades).
Debido a que el tema del diamagnetismo ha sido ampliamente desgranado en comentarios previos, quiero ampliar ligeramente un comentario anterior transversal a este fenómeno. La levitación en el video se consigue usando materiales diamagnéticos y en los comentarios se menciona la posibilidad de conseguirlo usando superconductores. De ahí llegamos a la ¡levitación de una rana! La levitación de la rana otorgo a sus autores el premio Ig Nobel (la parodia de los Nobel). Los mismos autores recibieron el premio Nobel por la sinterización de láminas de grafeno (laminas carbono de un átomo de espesor). La gracia es que, usando materiales muy baratos como la mina de un lápiz y cinta adhesiva, consiguieron láminas de tan solo 10 átomos de grosor, pero irónicamente para contar los átomos de espesor necesitas un microscopio extremadamente caro, anulando el bajo precio del lápiz y el celo.
La verdad es que es un experimento bastante espectacular para explicar nociones de electromagnetismo en el aula.
El experimento parece bastante sencillo de realizar y puede servir para explicar los comportamientos magnéticos de diferentes sustancias. El experimento me llama bastante la atención, y creo que captará la atención de los estudiantes. Igual estaría interesante también la visión en un plano más oblicuo para que se vea su flotación mejor. Asimismo, como aplicación de esto, los ejemplos de trenes de alta velocidad que emplean levitación magnética puede ser también algo interesante de enseñar a los alumnos.
O diamagnetismo ten varias aplicacións dentro da medicina, unha delas son as magnetoencefalografías, que mide os campos magnéticos producidos polas correntes eléctricas do cerebro có obxectivo de analizar a actividade cerebral a través dun dispositivo supercondcutor e dun ordenador. Empréganse en pacientes con epilepsia ou para detectar tumores entre outras aplicacións.
Como comenta Hernán, o diamagnetismo ten distintas aplicacións médicas. Un exemplo sería a bomba diamagnética, coñecida por utilizarse para recuperación de lesións en deportistas. A auga, os lípidos e a maioría das proteínas plasmáticas, sustancias fundamentales para a actividade metabólica do organismo humano son sustancias diamagnéticas. Grazas os impulso de repulsión producido pola diamagnetoterapia, que intereactúa con estas sustancias, favorécese a reabsorción dos edemas e os procesos de reparación de tecidos.
Me parece un muy buen experimento para ver como se comportan las sustancias diamagnéticas. También sería interesante realizar experiencias que permitiesen comprender el ferromagnetismo y paramagnetismo. El ferromagnetismo se puede observar de manera muy clara en el siguiente vídeo, en el que se utilizan materiales muy simples: una botella con agua, imanes y limadura de hierro. Además en el vídeo se muestran distintos comportamientos cuando los imanes tienen los polos diferentes o iguales enfrentados. También es interesante comentar a los alumnos las aplicaciones del diamagnetismo: utilización para el tratamiento/depuración de agua (ya que la mayor parte de los sedimentos que se encuentran en ella son diamagnéticos),magnetoencefalografías y la bomba diamagnética (en fisioterapia y rehabilitación).
De gran aplicación en transporte de mercancía, como los trenes, la levitación abre la puerta a un ahorro energético por su ahorro en la fricción. Explicar bien el efecto puede hacer que los futuros investigadores mejoren el mundo actual.
Inclúo algunha das aplicacións do diamagnetismo, algunhas xa mencionadas antes: a) Flotación magnética: Algúns materiais diamagnéticos poden ser suspendidos no aire utilizando campos magnéticos externos. Isto chámase flotación magnética e utilizouse para crear dispositivos de flotación sen contacto co chan, como a cama magnética; b) Levitación magnética: A levitación magnética é unha técnica que utiliza o diamagnetismo para facer que un obxecto flote no aire sen contacto con ningunha superficie. Isto utilizouse no desenvolvemento de sistemas de transporte sen rozamento e na investigación científica; c) Xeración de enerxía: Algúns investigadores estudaron a posibilidade de utilizar o diamagnetismo para xerar enerxía. Por exemplo, propuxéronse ideas para utilizar materiais diamagnéticos para crear unha “máquina diamagnética” que puidese converter a enerxía magnética en enerxía eléctrica; d) Refrigeración magnética: A refrigeración magnética é unha técnica que utiliza o diamagnetismo para enfriar materiais a temperaturas extremadamente baixas. Isto utilizouse na investigación científica e na industria para enfriar materiais superconductores; e) Sensores magnéticos: Os sensores magnéticos utilizan o diamagnetismo para medir a intensidade dos campos magnéticos. Estes sensores utilizáronse en aplicacións como a detección de metais, a medición da intensidade dos campos magnéticos no corpo humano e a detección de obxectos ocultos.
Hola, Me gustaría destacar la función de esta propiedad en medicina en el uso de las magneto encelo grafías. El cerebro humano produce ligeras cargas eléctricas, que a su vez genera campos magnéticos. Por lo tanto, gracias a la utilización de software y tecnología de materiales con propiedades diamagnéticas, se pueden detectar la actividad cerebral. Esto abre las puertas para variedad de posibilidades en el campo de la salud y la detección de enfermedades tempranas.
En este caso, los alumnos pueden entender cómo funcionan las sustancias diamagnéticas. Lo interesante siempre es que el alumnado comprenda el fenómeno y encontrar aplicaciones a la vida cotidiana. Como mencionan Xavier y Natalia más arriba, este fenómeno tiene muchas aplicaciones en campos como la medicina, transportes o energía. Así pues, hacer llegar al alumnado este tipo de contenido, es esencial para que entiendan como funcionan las cosas y que teoría se esconde detrás de ese efecto.
Video que esperta a curiosidade do alumnado para comprender a levitación, ademais dos usos mencionados anteriormente do diamagnetismo e levitación, comentar que tamén se estan realizando probas de levitación magnética en coches, aquí o enlace o video.
Un experimento que también se basa en la repulsión magnética es el Levitrón. A la levitación añade la rotación para evitar que los polos de atracción de la peonza y el imán de la base se atraigan.
Relacionado con esto, en 1994 dos físicos japoneses, Masakazu Iwasaka y Shogo Ueno, lograron dividir el agua en un laboratorio empleando bobinas eléctricas de alta potencia, denominando a este fenómeno como efecto Moisés. Con las bobinas crearon un gran campo magnético alrededor de un tubo horizontal de vidrio parcialmente lleno de agua. El campo magnético, de unos 50 Tesla, obligó al agua a desplazarse con rapidez hasta los extremos del cilindro, dejando un espacio seco en el medio. Se trata de un efecto diamagnético. En este enlace se muestra un breve vídeo del experimento.
Experimento muy llamativo a la hora de demostrar la estrecha relación existente entre campo magnético y electricidad. Podríamos investigar en profundidad sobre el tema leyendo la obra de algunos científicos como Hans Christian Orsted, quién descubrió la relación física existente entre electricidad y magnetismo; Maxwell quién asoció electricidad y magnetismo como resultados diferentes a un mismo fenómeno o Ampére quién formuló la teoría del electromagnetismo.
El efecto Meissner es un ejemplo notable del diamagnetismo ya que es muy potente y se puede observar fácilmente en los superconductores. Este efecto es el que emplea, por ejemplo, el tren bala de Japón. En el siguiente enlace nos enseñan un video muy interesante que nos permite entender perfectamente este efecto e incluyen también una explicación. Es verdaderamente interesante.
Un experimento muy interesante para llevar a cabo con el alumnado, seguro que se sorprenden de ver cómo “levita” el grafito. Indagando un poco más sobre el tema, del que no conocía nada, he visto que una de sus principales aplicaciones a día de hoy es el tratamiento de las aguas residuales, puesto que contienen una gran cantidad de sedimentos diamagnéticos que, al aplicar un campo magnético, se pueden separar fácilmente. Eso sí, el campo magnético a aplicar tiene que ser lo suficientemente grande.
El diamagnetismo fue descubierto por Michel Faraday en 1845, con ayuda del experimento Fraday, obteniendo un resultado negativo (por lo que esto nos lleva a la Ley de Lenz. La aceleración del campo magnético externo ralentiza los electrones, por lo que estos se oponen a la acción del campo externo, debilitándolo.
En este experimento podemos observar este proceso y es una manera en la que los alumnos vean de forma visual esta propiedad de ciertos materiales.
Uno de los experimentos más espectaculares para llevar al aula: lo vi en directo y la levitación impresiona. Cuando piensas en el concepto de levitación magnética, es imposible no pensar en el tren bala y, más concretamente, en el proyecto Hyperloop, el supuesto tren de bala del futuro ideado por el equipo de Elon Musk. Este proyecto consiste en desarrollar tubos a baja presión por los que se desplazan cápsulas presurizadas para propulsar a los pasajeros a una velocidad de entre 700 y 1.000 kilómetros por hora. Se empezó a hablar de esto hace algunos años, después cayó un poco en el olvido, pero este año apareció la noticia de que se habían llevado a cabo pruebas en Europa (concretamente por la Universidad Técnica de Munich): se hizo un test exitoso a escala real en un tubo de vacío de 24 metros de largo y 4 metros de ancho. Este tren de pruebas tenía una capacidad para 30 personas.A modo de curiosidad, Hyperloop parece inspirado por la serie de animación Futurama, donde las personas se desplazan a propulsión a través de tubos transparentes.
Experimento curioso y práctico a la vez para explicar el diamagnetismo y que los alumnos puedan ver en directo como “levita” el grafito. Algo tan cotidiano y usado en la vida diaria. Por ejemplo los contrastes utilizados en resonancia magnética, que en éste caso serían paramagnéticos. Con éste experimento podríamos aprovechar y explicar también el paramagnetismo y ver coma las sustancias paramagnéticas no “levitan” sino todo lo contrario serían atraídas.
Este experimento fue llevado al extremo por el fabricante de automóviles japonés Lexus, fabricando una tabla de skate con un material superconductor que es capaz de flotar sobre un circuito de imanes permanentes.
Os materiais denominados diamagnéticos caracterízanse por seren repelidos polos imáns (é o oposto aos materiais ferromagnéticos, que son atraídos polos imáns). O fenómeno do diamagnetismo foi descuberto en setembro de 1845 polo físico e químico Michael Faraday cando observou que unha peza de bismuto era repelida por un imán, calquera que fose o polo. Esa experiencia indicaba que o campo externo xerado polo imán inducía no bismuto un dipolo magnético de sentido oposto. Algúns exemplos de materiais diamagnéticos serían o bismuto, grafito, auga, cobre e mercurio. Neste exemplo do segundo vídeo podemos observar como existe unha pequena levitación do material diamagnético e comprobámolo empregando un folio ou papel dunha forma mais visual. Penso que antes de realizar o experimento sería interesante facer un experimento máis sinxelo de atracción e repulsión de imáns.
Es una práctica muy curiosa y sencilla para explicar el fenómeno del diamagnetismo a los alumnos que yo, personalmente, desconocía. Mirando los comentarios, creo que estaría muy curioso hacer el experimento usando una uvo (pues es un objeto más cotidiano) o permitir a los alumnos crear su propio tren con el enlace facilitado por uno de nuestros compañeros. Esto se podría desarrollar en un “club de ciencias” para que, posteriormente, compartieran con los padres y el resto del instituto tan curioso fenómeno.
Experimento muy interesante y visualmente impactante. Con lo leído en los comentarios, este experimento podría repetirse de diferentes maneras, con materiales muy accesibles como por ejemplo una uva. Un punto que considero negativo es utilizar la Wikipedia como fuente de información, ya que aunque suele estar acertada, al poder editarla cualquier persona podría contener bulos. Sin embargo introduce un concepto muy interesante que puede tener diferentes usos o aplicaciones como puede ser en sistemas de transporte para reducir la fricción y mejorar la eficiencia energética en trenes de levitación magnética o sistemas de transporte de carga o en medicina dónde la levitación magnética podría utilizarse para la manipulación sin contacto de materiales biológicos o para crear entornos controlados en experimentos médicos.
Otro ejemplo de diamagnetismo en el agua es este sencillo experimento casero, donde muestra como el agua es repelida o “empujada” por un imán. Esto es debido a que el agua tiene propiedades diamagnéticas, las cuales la hacen repeler un campo aplicado.
El diamagnetismo es una propiedad de los materiales que se caracteriza por repeler los campos magnéticos y está presente en materiales como el mercurio, el cobre, el plomo y, con un carácter bastante más débil que los demás, el agua.
Es un sencillo experimento para explicar el diamagnetismo. Una de sus aplicaciones más conocidas, son los trenes maglev o trenes de levitación magnética. Son trenes que parece que van levitando como el trozo de grafito del experimento.
Opino que experimentos de este tipo son muy atractivos para el alumnado, ya que casi se podrían llamar trucos de magia. Es importante atraer su atención con cosas nuevas e innovadoras, pero a veces un experimento tan sencillo como este mantiene a los alumnos y alumnas interesados en la materia.
Este intrigante experimento de diamagnetismo con grafito demuestra de manera asombrosa las propiedades diamagnéticas al lograr la levitación de una lámina sobre imanes. La disposición estratégica de los imanes crea fuerzas de repulsión que contrarrestan la gravedad, permitiendo que la lámina se mantenga en equilibrio y levite de manera estable. Este fenómeno no solo ejemplifica la teoría del diamagnetismo, sino también sugiere aplicaciones innovadoras, como sistemas de transporte sin fricción o dispositivos de suspensión magnética, donde la levitación podría ofrecer soluciones prácticas en diversas áreas tecnológicas.
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