Divulgación Levitacion mediante electromagnetismo

[Kantes]

Saludos,

Soy nuevo aqui y tras leerme las normas creo que este es el subforo indicado para expresar mi duda, os agradezco por adelantado el tiempo que gasteis en mi.

Mi duda es sobre movimiento y cinetica, pero mediante el electromagnetismo, así que espero estar en el sitio correcto.
La cuestion es la que sigue: si quiero elevar un objeto de una determinada masa (m) a una altura especifica (h) durante un tiempo dado (t), mediante un sistema que emplee una fuerza electromagnetica ¿como pudeo averiguar la cantidad de energía que necesito para elevar el objeto?
Digamos que tengo un trozo de metal de 500 gramos y mediante una fuerza electromagnetica, quiero elevarlo a un metro, durante cinco minutos ¿cuantos vatios serían necesarios?

Gracias.

[chap]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Hola Kantes : Permíteme preguntar lo siguiente. ¿Es un tema de tu
interés personal o lo necesitas para resolver un problema de alguna
materia que estás cursando? Si corresponde a una materia directamente
puedes mostrar el enunciado aquí en el foro. Mi mejor saludo.

[Kantes]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Hola chap, gracias por contestar. Es un tema de interes personal el que me gustaría resolver, así que no hay ningun enunciado formal. La cosa es tal que así, imaginemos que tengo en el techo un gran electroiman y en el suelo un cubo de metal. Si yo quiero elevar ese cubo mediante la atracción electromagnetica, ¿como puedo saber cuanta energía necesitaria el electroiman para generar un campo magnetico suficiente como para elevar el cubo?

Gracias

[chap]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Hola Kantes : Ante mi ignorancia de los detalles específicos de un diseño
como ese que te interesa usé Google, buscando

levitación con electroimán


Apareció muchísimo, incluyendo normas de diseño y soluciones a
problemas frecuentes, que por lo visto son comunes a todos esos
diseños. Mi búsqueda quedó en Google en la página siguiente.

http://www.google.com.ar/search?hl=e...im%C3%A1n&meta=

Supongo que ese enlace te mostrará todo lo que hallé.

Para no parecer muy descortés intentaré invitarte a razonar tú mismo
la cota inferior de la energía necesaria, que si conoces el tiempo que
deseas tardar para elevar el objeto te dará también la cota de potencia.
Por empezar no ter salvarás de proveer la energía mgh , es decir la
masa del objeto que deseas elevar, multiplicada por la aceleración de la
gravedad y por la altura hasta la cual deseas elevarlo. Si tu sistema
eléctrico disipa algo de energía en forma de calor (por ejemplo porque
no todas sus partes son superconductoras o porque directamente no usas
superconductores), entonces debes proveer esa energía que se disipará
como calor, que se calcula conociendo la resistividad de los materiales
que usas y los datos de diseño. También interviene el comportamiento de
los materiales del diseño frente al campo magnético (efectos de histéresis
y tal vez otros, que yo ignoro ampliamente pero Dramey los puede
conocer). Esas dos pérdidas de energía como efectos gruesos. Refinando
el análisis puedes llegar en el extremo a investigar propiedades cuánticas,
pero en diseño todo eso se icluye dentro de un factor no detallado que
lleva el nombre bonito de pérdidas varias. Es decir la energía mgh más
las pérdidas gruesas constituyen la cota inferior de la energía que
necesitas. Pero esto es solamente lógica elemental. Lo mejor será que
consultes normas de diseño.

Mi mejor saludo.

[Kantes]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Gracias por el esfuerzo chap, la verdad es que le estoy dando muchas vueltas a la cabeza.

Si lo he entendido bien, así resultaria el calculo con unos datos hipoteticos.

G = 9,806 m*s-2
M = 20 Kg
h = 2 m
t = 60 s

Entonces, si M*G*h*t sería 9,806*20*2*60 = 23.234w/h o lo que es lo mismo 23Kw/h aproximadamente.

Perdonad mi ingorancia con el tema, pero es correcto el calculo? Tengo la sensacion de que falta algo.

Otra duda que me corroe es saber si un cuerpo, en este caso un electroiman, podría elevarse a si mismo con la suficiente potencia o existe algun principio fisico que evite tal cosa?

Gracias por adelantado.

[chap]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Hola Kantes : Está mal, pero puedes consultar en wikipedia o en libros
de física elemental el tema

energía potencial gravitatoria

Es la energía que gastarás para trabajar contra la gravedad cuando
elevas el cuerpo. Las cuentas son tan simples como esas que tú
presentaste pero hay que poner los términos en orden y tú has
alterado un poquito ese orden.

Mi mejor saludo.

[Kantes]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Había desechado anteriormente lo de la Energia potencial gravitatoria, debí entenderla mal.

Si lo he entendido bien, la energia potencial gravitatoria para un objeto de 20 kg elevado a una altura de 2 metros serían 392 Joules (m*g*h).

Ahora supongo que si quiero saber la potencia debo multiplicar este resultado por el tiempo, 120 segundos en este caso. Me da como resultado 47.400 J. Ahora, pasado a Kw/h me sale 013Kw/h

Evidentemente, algo no me cuadra. No me cuadra que para elevar 20 kilazos a dos metros de altura necesite solo esa infima cantidad de energia.

Se que a lo mejor me hago pesado y que mi falta de conocimiento sobre el tema es vergonzosa pero si no fuese mucha molestia te pediría que me explicases todos estos conceptos de una forma mas mundana que la enciclopedia. Gracias siempre.

[chap]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Hola Kantes. La potencia se halla dividiendo por el tiempo. Perdona la
brevedad del mensaje. Podré ampliar en otra ocasión o puedes consultar
en wikipedia o en libros el tema Tranajo y Energía . Mi mejor saludo.

[Txomin]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

¡Hola! kantes si lo que quieres es levantar o atraer desde el suelo con un electroiman colgado o suspendido del techo a 1 metro de altura un hierro de 500gr se puede hacer ,tienes que construirte dicho electroiman y eso es bastante complicado. (compra uno) sale mas barato.
Calcular la potencia a esa distancia es muy complicado .

Si lo que quieres es que el electroiman este en el suelo y el trozo de hierro se eleve 1 metro, no se puede realizar.
Sobre un campo magnetico solo levitan los superconductores.
Un cordial saludo
Txomin Peña

para Chap si tienes tiempo tengo un problema de mate (ver hilo matem.. )

[polonio]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Si lo que quieres es que el electroiman este en el suelo y el trozo de hierro se eleve 1 metro, no se puede realizar.
Sobre un campo magnetico solo levitan los superconductores.

Bueno, esto no es cierto. Sí se puede realizar (invirtiendo el sentido de la corriente del electroimán que se usaba desde el techo para atraer). Lo que sí hay que hacer es una guía para que no pierda la verticalidad el hierro que se quiere levantar.

Además, también se pueden hacer levitar diamagnéticos,... no sólo superconductores (aunque, eso sí, son los materiales mejores para esto).

[Kantes]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

[FONT=Times New Roman]Gracias a todos por vuestra paciencia. Creo que con un ejemplo grafico de lo que piensa sería todo mas facil.

Bien, como habia dicho chap indicandome lo de la energia potencial gravitatoria, debo descubrir cuanta energía necesitré para vencer la fuerza de la gravedad x metros. Bien, segun leo, la energia potencial gravitatoria Ug se define como: [/FONT][FONT=&quot][FONT=Times New Roman]el producto del peso del cuerpo multiplicado por la altura, siendo esta última, la coordenada cartesiana respecto a un eje en la misma dirección y sentido opuesto a la aceleración gravitatoria.
Siento la formula de la energia potencial gravitatoria: Ug= m · g · h

Bien, yo tengo un cubo de 5 kilogramos en el suelo de una habitación. Digamos que el suelo es igual a una altura cero metros (h=0) como se muestra en el dibujo siguiente.



Bien, siguiendo la formula, Ug = m · g · h = 5kg · 9,8m/s2 · 0m = 0Joules
Se que puede parecer basico, pero necesito ir paso a paso. Si la altura a la que debo elevar el cubo es igual a 0, tambien lo será la energía que necesito.

Ahora supongamos quem lo elevo a 2 metros, tal y como muestra la figura siguiente.



Ahora segun la misma formula --> 5kg · 9,8m/s2 · 2m = 98J

Es decir, para elevar un cubo de cinco kilogramos a dos metros de alutra necesitaré aproximadamente 98 Joules.

Bien, sabemos que necesitamos 98J para elevar el cubo. Ahora tengamos en cuenta lo siguiente. En el techo hay un electroimán (en naranja) conectado a una batería (en marron). Bien, cuando encendamos la batería de x potencia (Kw/h=x) circulara por los cables (en rojo) x intensidad electrica (A=x). Cuando esa intensidad llegue a las espiras de cobre que se hallan enrolladas en un solenoide se generará un campo electromagnetico (medido en que unidad, webers? gauss?) que atraerá el cubo de hierro hacía el electroiman. Si no me equivoco, la energia con la que el electroimán debe atraer al cubo debe ser superior o igual a 98Joules. Ahora, dado todo esto, como puedo saber la potencia que la batería necesita suministrar para que el elctroiman genere un campo electromagnetico suficientemente energetico como para elevar ese cubo.



Usando un conversor de unidades, me sale que 98Joules, es igual a[/FONT][/FONT] 2.7222·10-05[FONT=&quot][FONT=Times New Roman] Kw/h. ¿Es esa la potencia que necesito para levantar el cubo o no tiene nada que ver?

La verdad es que me he esforzado para comprender por mi solo y para trabajarme una explicación, pero no se si todo esto esta bien planteado. Ni siquiera se si tengo las cosas bien entendidas. Seré un negado...

Saludos y gracias.[/FONT][/FONT]

[Txomin]

Re: Levitacion mediante electromagnetismo

Bueno, Kantes en el dibujo esta claro lo que quieres hacer, lo siento pero no funcionara ,la pieza no se quedaria quieta en los 2 metros, para ello tendrias que conectar y desconectar el electroiman alternativamente, porque si dejas conectado 2 minutos seguidos, la pieza subiria hasta el electroiman y se quedaria hay pegada.
Sobre el calculo de la potencia te digo lo complicado que es hay que hallar:
- El flujo (H) en Maxvelios
- La inducción B en Gaus
- Los amperios-vuelta
- la fuerza del flujo util F=( B/5.000)^2xS
- la fuerza del flujo de dispersión (muy dificil)
- coeficiente de dispersión ...etc
La fuerza del flujo util es la que se necesita para que la pieza se mantenga pegada al electroiman (su peso) eso con pocos watios sale,
pero la fuerza de dispersión es la que se necesita para empezar a levantar la pieza de hierro desde el suelo , es muy complicado y comsumiria muchos kilowatios (cientos o miles).
No te puedo ayudar mas en el tema ya lo siento.
Consulta y estudia construcción de electroimanes.
Un cordial saludo
Txomin Peña