Efecto Meissner

Os presentamos hoy uno de los puntos clave de nuestro portafolios:

El efecto Meissner, también denominado efecto Meissner-Ochsenfeld, consiste en la desaparición total del flujo del campo magnético  en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crítica. Fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 midiendo la distribución de flujo en el exterior de muestras de plomo y estaño enfriados por debajo de su temperatura crítica en presencia de un campo magnético.

Meissner y Ochsenfeld encontraron que el campo magnético se anula completamente en el interior del material superconductor y que las líneas de campo magnético son expulsadas del interior del material, por lo que este se comporta como un material diamagnético perfecto. El efecto Meissner es una de las propiedades que definen la superconductividad y su descubrimiento sirvió para deducir que la aparición de la superconductividad es una transición de fase a un estado diferente.

La expulsión del campo magnético del material superconductor posibilita la formación de efectos curiosos, como la levitación de un imán sobre un material superconductor a baja temperatura

La primera teoría fenomenológica que explica el efecto Meissner se basa en la ecuación de London,

 donde λ_L depende de la cantidad n_s de electrones (por unidad de volumen, es decir, densidad) que se encuentran en estado superconductor:

La ecuación, desarrollada por los hermanos Fritz y Heinz London en 1935, explica la forma que ha de tener un campo magnético para que se cumplan las condiciones fundamentales que se dan en el efecto Meissner, que son:

1. que el campo magnético sea nulo en el interior del superconductor,
2. que las corrientes eléctricas estén limitadas a la superficie del superconductor, en una capa de un espesor del orden de lo que se conoce como la longitud de penetración λ_L, siendo nulas en el interior.

Aceleradores de partículas

Un día como hoy en 1956  el Argonne National Laboratory de Estados Unidos recibió luz verde para diseñar y desarrollar un acelerador de partículas


Y es por esto por lo que hoy hacemos un pequeño homenaje a los aceleradores de partículas y en especial al LHC. 


Los aceleradores de partículas emplean campos eléctricos y magnéticos para a partir de partículas en reposo conseguir inferirles una gran velocidad. El LHC es el mayor acelerador de hadrones del mundo y está situado en Ginebra. 


¿Cómo funciona el LHC? 

Hace tan solo  3 días en la prensa se publicaba la siguiente noticia: 

El acelerador de partículas LHC, que reanudará su funcionamiento el próximo mes, tras la parada invernal, aumentará este año la energía de los haces de protones hasta cuatro teraelectronvoltios (TeV), mientras que hasta ahora lo ha hecho a 3,5 TeV. El objetivo es incrementar al máximo posible, en la fase actual, la cantidad de datos que los físicos toman en los detectores que registran las colisiones de partículas. Así, la cosecha de este año multiplicará por tres la del año pasado. Para finales de 2012 está previsto iniciar una larga parada del LHC (20 meses) durante la cual se realizarán los ajustes y modificaciones necesarios para alcanzar la energía planeada en el diseño del acelerador de 7 TeV por haz, es decir 14 TeV en las colisiones.

Mientras los responsables de del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN, junto a Ginebra) analizaban los informes técnicos para tomar la decisión de aumentar la energía del acelerador, los físicos han enviado a publicar oficialmente los datos adelantados el pasado diciembre respecto a la búsqueda de la partícula de Higgs, el gran objetivo declarado del LHC. Los equipos científicos de los dos grandes detectores del acelerador, Atlas y CMS, han presentado sus conclusiones a la revista Physics Letters B.

Según los últimos análisis, informó el CERN la semana pasada, el bosón de Higgs (que ayudaría a explicar el origen de la masa), si existe, tendrá seguramente una masa comprendida en el rango de 116 a 131 GeV (Gigaelectronvoltio), con interesantes indicios en torno a 124-126 GeV. Pero estos datos no son suficientemente fuertes para decir que se trata de un descubrimiento”, puntualiza el CERN. Estos datos “nos dejan en una posición muy emocionante de cara a 2012”, ha señalado el director científico del CERN, Sergio Bertolucci. “Con los datos que tomemos este año podremos finalmente confirmar o descartar la existencia del Higgs en el Modelo Estándar”.

La decisión de aumentar la energía del LHC en este tramo de operación se ha tomado tras analizar su funcionamiento desde que comenzó la fase de operación científica, en 2010. Entonces se optó por “la energía del haz más baja que fuera segura y consistente con la física que queríamos hacer”, ha explicado el director de aceleradores del CERN, Steve Myers. La experiencia de estos dos años y las medidas tomadas durante 2011 dan la confianza suficiente a los responsables del acelerador para decidir aumentar la energía este año.

Las medidas de cautela se multiplicaron tras el grave accidente acaecido en el LHC a las pocas semanas de inyectar los primeros haces de protones, en septiembre de 2008. Una mala conexión eléctrica entre dos de los grandes imanes que forman el anillo de 27 kilómetros del acelerador provocó considerables desperfectos en un tramo del mismo y pérdida de helio refrigerante. La reparación costó 23 millones de euros y retrasó la puesta en marcha de la gran máquina científica. Se decidió entonces instalar diferentes dispositivos de seguridad añadidos para evitar un accidente similar, pero quedan pendientes algunos de estos sistemas para su colocación durante la parada técnica de 20 meses, que comenzará en noviembre. El plan es poner a punto el LHC para reanudar el funcionamiento en 2014 e iniciar la operación científica de nuevo en 2015, con las prestaciones previstas de 7 TeV por haz.

un pequeño chistecillo

¿CÓMO SE CALCULA EL VOLUMEN DE UNA VACA?         


Ingeniero: Metemos la vaca dentro de una gran cuba de agua y la diferencia de volumen es el de la vaca.         


Matemático: Parametrizamos la superficie de la vaca, el volumen de la vaca se calcula mediante una integral triple.         


Físico: Supongamos que la vaca es esférica ...

High voltage fun with science

Today we will post in english a little experiment in electromagnetism. The reason is that we are receiving such a lot of visits of people of United States and of other counties in which the most spoken language in English. Apart from that the science is made in that language so enjoy this fantastic experiment.

POSIBLES ADVERTENCIAS FISICAS EN LOS ENVOLTORIOS

1.    Advertencia: Este producto deforma el espacio y el tiempo en sus inmediaciones.          


2.    Advertencia: Este producto atrae a cada trozo de materia en el universo, incluyendo los productos de otros fabricantes, con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.          


3.    Precaución: La masa de este producto contiene una energía equivalente a 190 millones de toneladas de TNT por kilogramo de peso.          


4.    Manipúlelo con extremo cuidado: Este producto contiene diminutas partículas cargadas en movimiento a velocidades de más de 900 millones de kilómetros por hora.         


 5.    Aviso al consumidor: A causa del "Principio de Incertidumbre", es imposible que el consumidor sepa al mismo tiempo de forma precisa donde se encuentra este producto y con que velocidad se mueve.          


6.    Aviso al consumidor: Hay una posibilidad muy pequeña de que mediante un proceso conocido como "Efecto Túnel", este producto desaparezca espontáneamente de su situación actual y reaparezca en cualquier otro lugar del universo, incluyendo la casa de su vecino. El fabricante no se hace responsable de cualquier daño o perjuicio que pueda originar.          


7.    Lea esto antes de abrir el envoltorio: Según ciertas versiones de la Gran Teoría Unificada, las partículas primarias constituyentes de este producto pueden desintegrase y desaparecer en los próximos cuatrocientos millones de años.          


8.    Este producto es 100% materia: En la improbable situación de que esta mercancía entre en contacto con antimateria en cualquiera de sus formas, ocurrirá una explosión catastrófica.          


9.    Advertencia legal: Cualquier uso de este producto, en cualquier de sus formas, aumentará la cantidad de desorden en el universo. Aunque de esto no se deriva ninguna responsabilidad, se advierte al consumidor que este proceso conduce inexorablemente a la muerte térmica del universo.          


10.    Aviso: Las partículas más fundamentales de este producto están unidas entre si por una fuerza de la que se conoce poco actualmente y cuyos poderes adhesivos no pueden por tanto garantizarse de forma permanente.          


11.    Atención: A pesar de cualquier otra información sobre composición que este producto contenga, se advierte al consumidor que, en realidad, este producto consta de un 99.9999999999% de espacio vacío.          


12.    Advertencia: El fabricante tiene técnicamente derecho a proclamar que este producto es decadimensional. Sin embargo, se recuerda al consumidor que esto no le confiere derechos legales mas allá de aquellos aplicables a los objetos tridimensionales, ya que las siete nuevas dimensiones están confinadas en un "área" tan pequeña que no se pueden detectar.          


13.    Advertencia: Algunas teorías mecanocuánticas sugieren que cuando el consumidor no observa este producto directamente, puede dejar de existir o existe solamente en un estado vago e indeterminado.          


14.    Aviso de equivalencia de componentes: Las partículas subatómicas (electrones, protones, etc.), de que consta este producto, son exactamente las mismas, en cada aspecto medible, que aquellas que se usan en los productos de otros fabricantes, y no es posible expresar legítimamente ninguna reclamación en sentido contrario.         


 15.    Advertencia sanitaria: Téngase cuidado al coger este producto, ya que su masa, y por tanto su peso, dependen de su velocidad relativa al usuario.          


16.    Advertencia a los compradores: Todo el universo físico, incluyendo este producto, puede un día volver a colapsarse en un espacio infinitamente pequeño. Si otro universo resurge posteriormente, la existencia de este producto en dicho universo no se puede garantizar

Flotación y gases

El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido en reposo, recibe una fuerza vertical de abajo hacia arriba denominada empuje que es igual al peso del volumen del fluido desalojado». El empuje de abajo hacia arriba no siempre es suficiente para desplazar al cuerpo pues si este es más denso que el fluido en el que está inmerso dicho cuerpo no se desplazara hacia arriba, es más se hundirá a pesar del empuje arquimideano, solo que lo hará más lentamente. Subirá (flotará) sólo si su densidad es menor que la del fluido.Se denomina Principio de Arquímedes, y se mide en newtons (en el SI). El principio de Arquímedes se formula así:


E = m · g = ρf ·g · V


Donde E es el empuje , ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa, de este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condiciones normales) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.

Aunque el principio de Arquímedes fue introducido como principio, de hecho puede considerarse un teorema demostrable a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes para un fluido en reposo, mediante el teorema de Stokes. Partiendo de las ecuaciones de Navier-Stokes para un fluido:

(1)

La condición de que el fluido incompresible que esté en reposo implica tomar en la ecuación anterior , lo que permite llegar a la relación fundamental entre presión del fluido, densidad del fluido y aceleración de la gravedad:

(2)

A partir de esa relación podemos reescribir fácilmente las fuerzas sobre un cuerpo sumergido en términos del peso del fluido desalojado por el cuerpo. Cuando se sumerge un sólido K en un fluido, en cada punto de su superficie aparece una fuerza por unidad de superfice perpendicular a la superficie en ese punto y proporcional a la presión del fluido p en ese punto. Si llamamos  al vector normal a la superficie del cuerpo podemos escribir la resultante de las fuerzas  sencillamente mediante el teorema de Stokes de la divergencia:

(3)

Donde la última igualdad se da sólo si el fluido es incompresible.

Entonces, Si un gas (en este caso hexafluoruro de azufre) más denso que el aire se acumula en un recipiente y preparamos un barco con un peso adecuado para que el conocido Principio de Arquímedes le permita flotar, pues lo hará:

Procedimiento:

1. Conectar la manguera al tanque que tiene el hexafluoruro de azufre
2. Tapar una pecera por la parte superior con un cartón
3. Deja libre un costado de la pecera para poder introducir la manguera hasta el fondo de la pecera.
4. Liberar el gas lentamente mientras se mantiene el cartón tapando la mayor parte superior de la pecera.
5. El barquito está hecho de papel de aluminio para cocina. Sus dimensiones son aproximadamente 15cm x 7cm x 5 cm. El truco está en que el peso del gas contenido en el volumen del barquito, sea superior al peso del barquito. De esta forma el empuje del gas es superior al peso del barquito y de esa forma flota.
6. Por tanto se comprueba el Principio de Arquímedes explicado anteriormente.

Electroimanes

Hoy vamos a aprender de forma rápida y sencilla como se construye un electroimán paso a paso:

Objetivo:

• Verificar como ocurren los fenómenos magnéticos.
• Construir un electroimán sencillo y experimentar la utilidad del mismo.

Materiales:

• Puntas grandes de hierro o tornillos
• Una bobina de cable
• Objetos de hierro
• Fuente de alimentación o pilas
• Cinta adesiva

Realización práctica:

• 1.- Quita 2 ó 3 centímetros del aislamiento del cable.
• 2.- Enrrolla el cable alrededor del clavo de hierro o del tornillo y sujeta los dos extremos con cinta adesiva para que no se desenrrollen.
• 3.- Conecta los dos extremos a la fuente de alimentación o a la pila y acercalo a los trocitos de hierro y observa si el electroiman que acabas de construir los atrae.
• 4.- Desconecta la corriente y observa lo que ocurre.

Precauciones:

• Hay que tener mucho cuidado siempre que se manejen aparatos que se conectan a la corriente electrica.
• Si tenemos mucho tiempo conectado el electroimán puede calentarse en exceso.

Explicación científica:

Cuando las cargas eléctricas se mueven crean a su alrededor un campo magnético. Esto es lo que comprobó Oersted en su famoso experimento. Al pasar la corriente eléctrica por un hilo las brujulas se orientaban perpendicularmente al hilo, de forma que las líneas del campo magnético son circunferencias concéntricas con el hilo.

Si ahora el hilo por el que pasa la corriente se enrolla en forma de helice para formar un solenoide el campo producido por las distintas espiras se suma para dar un campo que sigue el eje del solenoide. Tenemos asi practicamente un iman con sus polos Norte y Sur en los extremos de la helice. Si dentro de ese solenoide metemos una barra de hierro (u otro material ferromagnético) los dominios mágnéticos del hierro (en última instancia, los átomos de hierro) se orientan todos de acuerdo con ese campo magnético y se refuerzan los efectos y no hace falta que la corriente pase por el hierro para que se produzca el campo magnético, basta con que el campo magnético pase por el hierro para que sus dominios se orienten y se convierta en un imán. Al enrollar el alambre sobre el tornillo se produce un electroimán que tiene dos polos, uno negativo y uno positivo. Su fuerza depende de la corriente eléctrica, el número de vueltas y el material del núcleo. A  continuación y para terminar os dejamos un esquema eléctrico de un circuito de excitación de un electroimán real.