Los físicos de la Universidad de Houston informan haber encontrado fallas teóricas importantes en la comprensión generalmente aceptada de cómo un superconductor atrapa y retiene un campo magnético. Hace más de 50 años, CP Bean, un científico de General Electric, desarrolló una explicación teórica conocida como "Bean Model "o" Modelo de estado crítico ".
La propiedad básica de los superconductores es que representan cero "resistencia" a los circuitos eléctricos. En cierto modo, son lo opuesto a los tostadores, que resisten las corrientes eléctricas y, por lo tanto, convierten la energía en calor. Los superconductores no consumen energía y pueden almacenarla duranteun largo período de tiempo. Los que almacenan energía magnética, conocidos como "imanes de campo atrapado" o TFM, pueden comportarse como un imán.
En el Journal of Applied Physics, de AIP Publishing, los investigadores describen experimentos cuyos resultados mostraron "desviaciones significativas" de los del Modelo de Estado Crítico. Revelaron un comportamiento nuevo inesperado favorable a las aplicaciones prácticas, incluida la posibilidad de usar TFM en miles denuevas formas.
Gran parte de la tecnología moderna ya se basa en imanes. Sin imanes, careceríamos de generadores [luces eléctricas y tostadoras], motores [suministros municipales de agua, motores de barcos], magnetrones [hornos microondas] y mucho más ", dijoRoy Weinstein, autor principal del estudio y profesor emérito de física y profesor de investigación en la Universidad de Houston.
Generalmente, el rendimiento de un dispositivo basado en imanes mejora a medida que aumenta la fuerza del imán, hasta el cuadrado del aumento. En otras palabras, si un imán es 25 veces más fuerte, el rendimiento del dispositivo puede variar de 25 a 625veces mejor.
Los TFM son claramente intrigantes, pero su uso se ha visto frenado en gran medida por el desafío de introducir el campo magnético en el superconductor. "Un problema más manejable es la necesidad de enfriar el superconductor a la baja temperatura a la que se superconduce", Weinsteinexplicado.
"Bean asumió que el superconductor tenía resistencia cero y que las leyes básicas del electromagnetismo, desarrolladas alrededor de 1850, eran correctas", dijo Weinstein. "Y fue capaz de predecir cómo y dónde entraría un campo magnético externo en un superconductor".
El método ampliamente utilizado hoy en día es aplicar un campo magnético a un superconductor a través de un imán de campo de pulso después de que el superconductor se enfría. El modelo de Bean predijo, y hasta ahora los experimentos confirmaron, que empujar tanto campo magnético como sea posible en un superconductor,el campo pulsado debe ser al menos dos veces más fuerte, y más típicamente más de 3.2 veces más fuerte, que el campo resultante del TFM.
Pero esto limita severamente la aplicabilidad de los TFM. "Es difícil y costoso producir campos de más de 12 tesla", dijo Weinstein. "Si la teoría de Bean fuera cierta, esta barrera de costo y practicidad limitaría los TFM usados en productos a unmáximo de 3,75 tesla. "
Los problemas menores con el Modelo de Estado Crítico de Bean surgieron poco después de su publicación, según Weinstein. Cualquier grieta en la armadura teórica merece un experimento exploratorio, y esto es lo que motivó a Weinstein y sus colegas.
Descubrieron que para ciertas restricciones en un pulso magnético, el modelo de Bean está lejos de la base, y ocurre una distribución espacial del campo significativamente diferente. "Grandes aumentos en el campo ocurren repentinamente, en un solo salto, mientras que el modelo de Bean predice unaumento lento ", dijo Weinstein.
Todo este comportamiento nuevo e inesperado es repetible y controlable. "Lo más alentador es que ahora podemos producir TFM de fuerza completa con una fuerza de pulso 1.0 veces mayor que la del TFM", agregó.
"Al utilizar nuestros métodos recién descubiertos, el campo TFM máximo ahora es de 12 tesla", dijo Weinstein. "Un motor, si se fabrica en un tamaño fijo, puede producir 3,2 veces el par. Alternativamente, el motor puede diseñarse para producirla misma cantidad de torque, pero su volumen se reduce en más de 10 veces. Esta reducción en materiales puede resultar en un gran ahorro de costos. "
Los investigadores aún se encuentran en los "primeros días" de este trabajo y ya han refutado sus primeros pensamientos sobre la causa de sus resultados. "Ahora estamos esencialmente espeleando en una cueva oscura sin luces; es frustrante, pero emocionante,"Dijo Weinstein.
En términos de aplicaciones para su descubrimiento, los investigadores sugieren la capacidad de reemplazar un imán superconductor de baja temperatura de $ 100,000 en una máquina de rayos X de investigación con un TFM de $ 300, o posiblemente reemplazar un motor con uno que sea una cuarta parte del tamañode uno existente. Hay muchas otras aplicaciones potenciales, como un separador de mineral de bajo consumo, engranajes magnéticos sin contacto que no se desgastan ni requieren reparación, un separador de sangre roja con un 50 por ciento de rendimiento mejorado e incluso un sistema de acoplamiento automático para naves espaciales.
Weinstein y sus colegas ahora están buscando soporte rápido y a corto plazo que les permita continuar su investigación para explicar este nuevo fenómeno ". Si bien ahora sabemos lo suficiente para aplicar nuestro nuevo descubrimiento para mejorar significativamente una gran cantidad de dispositivos,todavía no sé completamente lo que está sucediendo en términos de las leyes básicas de la física ", señaló.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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