elctromagnetismo

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¿Cuál es la importancia que tiene el electromagnetismo en los medios de transporte hoy en día?
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Experto
Hola politécnico,

La importancia del electromagnetismo en los medios de transporte está vinculada a la utilización del motor eléctrico para generar tracción. Un motor eléctrico transforma la energía eléctrica en energía cinética (movimiento) aprovechando un fenómeno electromagnético: toda corriente eléctrica genera un campo magnético según la ley de Biot-Savart. El vector intensidad de campo magnético es perpendicular a la dirección de la corriente y su módulo es proporcional a la intensidad de corriente. Si arrollamos el conductor en espiras alrededor de un núcleo ferromagnético conseguimos concentrar el campo magnético en el eje central de todas las espiras; es lo que se denomina solenoide o bobina, que se comportará como un imán natural con su polo norte y su polo sur. Enfrentando dos solenoides por sus polos semejantes se obtiene una repulsión. Podemos disponer varias bobinas de manera que unas se encuentren fijas en una configuración exterior que llamamos estátor y otras estén arrolladas en una configuración concéntrica al estátor sobre un eje móvil que llamamos rotor; si hacemos variar las corrientes que circulan por estátor y rotor de manera que siempre haya un desfase entre ambas podemos conseguir que los campos magnéticos generados en estátor y rotor generen fuerzas de repulsión tales que el rotor gire indefinidamente en el interior del estátor. Del giro del eje puede extraerse la energía mecánica necesaria para mover las ruedas de un vehículo.

Los motores eléctricos tienen su mayor aprovechamiento en el transporte terrestre, concretamente en el ferrocarril. En Europa, la mayoría de las máquinas locomotoras son eléctricas (no así en los Estados Unidos en que la mayoría son diesel). La energía eléctrica es suministrada al tren por medio de una red de suministro que acompaña a las vías férreas por medio de cables suspendidos con los que la locomotora hace contacto a través de un mecanismo denominado pantógrafo en su parte superior.

El uso más espectacular del electromagnetismo en el transporte se da en los trenes de levitación magnética (maglev) en los que la repulsión o atracción de los campos magnéticos se aprovecha tanto para la tracción como para la levitación del vehículo de manera que el rozamiento se reduce al mínimo pudiendo alcanzar grandes velocidades. En este caso se usa el motor eléctrico lineal en lugar del rotativo. El principio de funcionamiento es el mismo pero el estátor está "desenrollado" sobre la guía (el rail sobre el que levita el tren) de manera que en ella se genera una onda electromagnética en la que se alternan sucesivamente polos norte y sur que generan la repulsión sobre las bobinas correspondientes al equivalente al rotor (ahora no gira) en el vehículo. La levitación se consigue o bien por atracción de bobinas debajo de la guía (la forma del tren es tal que la "abraza" por debajo), o bien por efecto Meissner que aprovecha el diamagnetismo perfecto (un material diamagnético "expulsa" las líneas de campo magnético de su interior, al contrario de uno ferromagnético, que las atrae) de un superconductor (un conductor enfriado a temperaturas extremadamente bajas reduce su resistencia eléctrica prácticamente a cero). En cualquier caso el maglev sigue en proceso de investigación y se ha utilizado sólo en unos pocos países como Estados Unidos, Alemania o Japón.

También existen automóviles con tracción eléctrica pero su utilización es mucho menor porque, hoy por hoy, no consiguen las prestaciones de los automóviles con motores de combustión interna, en cuanto a velocidad y, principalmente, autonomía. El gran problema del motor eléctrico para su utilización en el transporte es la dificultad en el suministro de energía eléctrica; o bien se lleva a través de líneas que siguen el recorrido como es el caso del ferrocarril, o bien se almacena en un acumulador que lleva el propio vehículo. La capacidad de las baterías o acumuladores para automóviles eléctricos es aun muy baja de modo que su autonomía es muy reducida y deben recargare cada poco tiempo.

Fuera del ámbito del transporte terrestre, el electromagnetismo apenas es utilizado para generar movimiento. Ni el transporte aéreo ni el marítimo utilizan motores eléctricos para la tracción, salvo en prototipos muy experimentales. Existe otro fenómeno electromagnético suyo aprovechamiento en el transporte se está investigando pero cuya aplicación práctica aún parece lejana: si se disponen dos campos, uno eléctrico y otro magnético, con sus direcciones perpendiculares, aparece una fuerza de dirección perpendicular a ambos sobre el fluido (cargado eléctricamente) que se encuentra en el seno de ambos campos. Este fenómeno electromagnético obedece a la llamada ley de Lorentz. Un motor que funcionara por este principio se denomina magneto-hidrodinámico, si el fluido es un líquido (el agua) y magneto-aerodinámico, si el fluido es un gas (el aire). Básicamente consistiría en dos placas separadas entre las que se genera un campo eléctrico si les aplicamos una diferencia de potencial y dos bobinas en la dirección transversal a estas placas que generan un campo magnético cuando circula una corriente eléctrica por ellas. Si este conjunto se dispone sobre un conducto de sección rectangular un fluido cargado que entre por un extremo del conducto será impulsado a salir por el otro generando una fuerza de reacción que moverá el vehículo. La dificultad está en la gran potencia eléctrica necesaria para generar campos eléctricos y magnéticos suficientemente elevados y en la necesidad de que el fluido esté cargado eléctricamente (la fuerza de Lorentz actúa sólo sobre cargas eléctricas). Esto último se consigue, según el fluido, ionizando el aire o aprovechando la polaridad de las moléculas de agua. Insisto en que todo esto sólo existe en laboratorio o en el cine (el submarino de la película Octubre Rojo funcionaba así, siendo indetectable por silencioso).

He interpretado que tu pregunta se refería solo a la utilización del electromagnetismo para tracción. Por esto no me he referido al amplio uso que los medios de transporte lo utilizan en las comunicaciones de radio o en la navegación aérea o marítima (el radar).

Espero haberte ayudado.

Un saludo.