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Teslablog #12 - 2012-06-28T00:00:00

Tesla y el tesla

El motor de corriente alterna, la bobina tesla, la electricidad inalámbrica […] ¿y qué me da la humanidad a cambio? Pone mi nombre a una unidad”. Así arranca este teslablog, con una declaración que en el Séptimo Congreso Internacional sobre Teslablogs fue presentada por muchos analistas como una de las contadas ocasiones en las que Tesla deja entrever cierta acritud hacia el escaso reconocimiento que en el futuro tendrá su figura. Interpretaciones aparte, el hecho es que si buscan “Tesla” en cualquier diccionario, además del apellido de nuestro inventor favorito, encontraran esta otra acepción: “unidad de inducción magnética del Sistema Internacional”.

Tesla es una unidad

 

Efectivamente, en la XI Conferencia General de Pesos y Medidas, celebrada en octubre de 1960 en París, se adoptaron importantes decisiones, como redefinir el metro en términos de la longitud de onda de la luz o adoptar el Sistema Internacional de Unidades (SI) como el sistema oficial, en detrimento del antiguo Sistema Cegesimal (CGS). Pero en lo que atañe a nuestro inventor, durante la IV sesión se votó la resolución número 12, en la que se proponía que la unidad de inducción magnética dentro del nuevo Sistema Internacional de Unidades se denominara tesla, con el símbolo T.

En realidad esta decisión había comenzado a gestarse diez años antes, en 1950, cuando la Comisión Internacional de Electrotécnica (IEC) solicitó a las diferentes naciones el nombre de un científico para dar nombre a la unidad de inducción magnética en el SI. El guante fue recogido por dos profesores de la Facultad de Ingeniería Electrónica de Belgrado: los profesores Pavle Miljanić y Aleksandar Damjanovic, que propusieron el nombre del genial inventor serbocroata. Pero no fue hasta 1956 –año del centenario del nacimiento de Tesla– que la IEC dio su visto bueno y envío la propuesta al Comité Internacional de Pesos y Medidas que terminaría aprobándola en su siguiente conferencia (se celebra cada cuatro años).  Finalmente, Nikola Tesla daba nombre a una unidad física.

Y, como bien reconoce el propio Tesla, es algo de lo que enorgullecerse, ya que tan solo quince de los más grandes científicos de la historia han recibido el honor de bautizar con su apellido una unidad física, entre ellos personajes de la categoría de Isaac Newton, André-Marie Ampère, o Lord Kelvin. De hecho, quizá sea más significativo mencionar los que nunca obtuvieron semejante premio, ya que, por ejemplo,  no medimos nada en eisnteins, schrödingers (afortunadamente) o galileos, por citar algunos. Ni que decir tiene que no existe ni un sola magnitud física que se mida  en edisons. A lo más que ha llegado el mago de Menlo Park es a dar nombre a un efecto – el efecto edison – más conocido como emisión termoiónica, es decir, el flujo de iones que emiten algunos metales al recibir energía térmica. Nada comparable a que usen tu apellido para cuantificar parte de  una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, como es el campo magnético. Nueva victoria para Tesla.

 

No medimos nada en edisons. Tesla gana de nuevo. RefNewYorker.12-1896-924

 

Lo que vale un tesla

Pero, ¿a qué da nombre Tesla?, ¿qué es la inducción magnética? Sin entrar en detalles, la inducción magnética B, también conocida como densidad de flujo magnético, cuantifica el valor que toma el campo magnético en un punto del espacio y en un instante de tiempo dado. Este campo magnético puede ser generado por un material que tenga propiedades magnéticas -un imán-, o bien por cargas eléctricas en movimiento, es decir, por una corriente eléctrica, en cuyo caso tenemos un electroimán.  

 

Lineas magnéticas. RefNewYorker.12-2012-94

 

Sin preocuparnos ahora mismo de su origen, supongamos un campo magnético que inunda una zona determinada del espacio. Si situamos en dicho campo una carga eléctrica estática no pasará absolutamente nada, pero si, al  contrario, dicha carga se encuentra en movimiento experimentará, debido al campo magnético, una fuerza proporcional a su velocidad y al valor de la inducción magnética en cada punto. Este fenómeno físico, denominado ley de Lorentz, determina la definición del tesla: un tesla es el valor del campo magnético B necesario para que una carga de un culombio moviéndose con una velocidad de un metro por segundo experimente una fuerza de un newton. Así de fácil (y además reúne en la misma definición a nuestro idolatrado serbocroata  con dos de sus más admirados iconos: Charles-Augustin de Coulomb, uno de los padres del electromagnetismo, y el más extraordinario cerebro que ha dado nunca la selección natural, Sir Isaac Newton).

 

Los imanes de la nevera. No los menosprecie. Son pequeños pero mayores que el campo magnético de la Tierra RefNewYorker.12-2012-944

 

Pero, como amargamente se queja Nikola Tesla en su videoblog,  lograr un tesla no es tarea fácil. De hecho, no es una unidad que se maneje cotidianamente. Los imanes que nos rodean apenas alcanzan esta unidad. Por ejemplo, los imanes que todos tenemos sujetando la lista de la compra en la puerta de la nevera apenas son del orden de cinco militeslas. La propia cinta magnética donde Tesla grabó su legado para lo posteridad era tan solo del orden de los microteslas. De hecho, los imanes más potentes que podemos encontrar comercialmente, los basados en metales de transición y tierras raras, generan campos de tan solo unas décimas de tesla. Habría que ir a un hospital y entrar en la sala de Resonancia Magnética para encontrar un electroimán capaz de generar campos magnéticos de entre uno y tres teslas con los que inundar nuestro cuerpo. Aunque, curiosamente, es una cantidad similar a la que genera el electroimán que se encuentra en el interior de la mayoría de los altavoces de cualquier equipo de música que podamos tener en casa. Y la cosa bordea el ridículo cuando hablamos de algunos campos magnéticos naturales. Por ejemplo, la actividad cerebral del ser humano genera tan solo un picotesla (es decir, la billonésima parte de un tesla), y el campo magnético terrestre, que nos protege de la radiación cósmica o de las fulguraciones solares, tiene un valor de unas decenas de microteslas (la millonésima parte de un tesla) según en qué punto lo midamos.

 

 

 

 

 

Esta birria de campos magnéticos son el motivo de que, a pesar de que se halle en desuso, se emplee en muchas ocasiones al sistema cegesimal, cuya unidad de campo magnético, el gauss (en honor del matemático y físico Carl Friedrich Gauss),  tiene un valor de cien microteslas. A pesar de la broma del final del teslablog, nuestro querido ingeniero de nuevo se ve desplazado por los logros de otros.

 

Vamos a ver quién tiene el tesla más grande… perdón: más teslas

 

Si queremos un poco más de chicha magnética, y que Tesla adquiera la dimensión que se merece, nos tenemos que ir al campo de la experimentación y de la investigación fundamental.

 

Sistema de Resonancia Magnética de 9.4 teslas. University of Illinois at Chicago. RefNewYorker.12-2009-654

 

Por ejemplo, se ha desarrollado un nuevo tipo de sistemas de Resonancia Magnética capaz de generar 9,4 teslas (9.4T) para la exploración del cerebro humano, aunque actualmente solo existen cuatro en todo el mundo. Los sistemas convencionales de Resonancia Magnética, con campos magnéticos entre 1 y 3 teslas, son capaces de visualizar las moléculas de agua existentes en el cuerpo humano para trazar procesos biológicos y tomar imágenes de gran resolución, pero con los nuevos sistemas 9.4T los investigadores pueden medir la concentración de los iones de sodio, un elemento trazador de los procesos de intercambio de energía que tienen lugar en las células cerebrales y que puede ayudar a diagnosticar con mucha precisión posibles enfermedades neurodegenerativas en sus primeras fases.

 

Scanner realizado a un animal con Resonacia Magnética de 9.4 teslas. University of Heidelberg. RefNewYorker.12-2009-654

 

Los pacientes que se sometan a este nuevo tipo de Resonancia Magnética 9.4T podrán estar orgullosos de recibir en sus cabezas un campo magnético mayor que los ocho teslas que genera cada uno de los electroimanes de todo un Gran Colisionador de Hadrones (más conocido como LHC). Claro que el LHC cuenta con más de mil doscientos de estos electroimanes superconductores situados a lo largo de toda su trayectoria. Estos imanes, que funcionan a una temperatura de -271 grados y están compuestos de niobio y titanio, son los responsables de acelerar los protones a lo largo del túnel en un aplicación extrema de la ley de lorentz que mencionábamos en la definición de la unidad tesla.

 

Un electroimán del LHC esperando para el test. CERN. RefNewYorker.12-2009-654

Pero estos valores quedan en evidencia antes los cuarenta y cinco teslas que pueden generar de manera permanente en el National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) y que les ha valido una entrada en el Libro Guinness de los Récords. Para lograrlo emplean lo que se denomina un electroimán “híbrido”, compuesto a su vez de dos electroimanes diferentes. Por un lado, un “electroimán resistivo”, capaz de generar un campo de 33,5 teslas, pero que a cambio necesita ¡55 megavatios de potencia! (solo el NHML consume el 7% de toda la energía eléctrica empleada en la ciudad de Tallahasee, en Florida, donde se sitúa el centro). Los 11,5 teslas restantes los genera un electroimán superconductor, que consume muchísima menos potencia, pero que a cambio necesita actuar a una temperatura cercana al cero absoluto, concretamente a -271 grados. Para operar en este régimen de temperaturas el electroimán se encuentra continuamente conectado (incluso apagado) a un circuito por el que circulan más de dos mil ochocientos litros de helio líquido, además de más de quince mil litros de agua cada minuto. Todo un monstruo magnético al servicio de la investigación, ya que sus cuarenta y cinco teslas permanentes (aunque por el bien de la factura eléctrica no lo encienden todos los días) permite experimentar en proyectos de vanguardia en campos tan diversos como la medicina, el diseño de nuevos materiales, la computación y la búsqueda de usos más eficientes de la energía, entre otros.

 

Bienvenido al iman más gordo del mundo. El electroiman híbrido del NHMFL. RefNewYorker.12-2009-534

Es importante destacar que en el caso anterior la palabra clave es “permanente”, ya que se han logrado campos magnéticos mucho más intensos que los 45T, pero solo durante unos breves instantes de tiempo. La mayoría de ellos, además, ha implicado la destrucción del propio electroimán, ya sea por la propia energía calorífica generada en el intento como por el hecho de usar explosivos para concentrar las líneas de campo magnético y conseguir valores espectaculares de densidad flujo magnético durante unos pocos microsegundos. Este fue el método empleado en 1998 por investigadores del Russian Federal Nuclear Center (VNIIEF), en la ciudad rusa de Sarov, que lograron un campo magnético de dos mil ochocientos teslas, el mayor valor para un campo magnético alcanzado en tierra, aunque fuera efímero.

 

Lo realmente interesante es lograr picos de campo magnético muy intensos que,  aunque no sean permanentes, no impliquen la destrucción del sistema y puedan, por tanto, reproducirse. En esta línea el honor recae de nuevo en los investigadores y técnicos del NHMFL, que han desarrollado un sistema capaz de generar hasta cien teslas de intensidad magnética. Dicho sistema está compuesto por siete gigantescas bobinas con un peso en total de casi nueve toneladas y alimentadas con un generador de mil doscientos megajulios. Como ven, en el NHMFL lo hacen todo a lo grande, pero nada de esto valdría si no es por el ingenio humano a la hora de desarrollar una técnica que permite generar de manera regular, aunque no continuada, este intenso campo magnético sin que se destruyan las bobinas en el envite.

 

 

Y, ¿para qué este afán de batir récords magnéticos? Parafraseando al propio Tesla en uno de sus teslablogs:  “Por ser capaces de hacerlo”. Pero, además de esto, y como en otras ocasiones, la tecnología permite a la ciencia poner la naturaleza al límite y explorar entornos extremos, alejados de las condiciones de un laboratorio convencional; así se puedan experimentar y comprobar las teorías más avanzadas tanto en electromagnetismo como en las leyes que rigen los diferentes estados de la materia, o incluso en la estructura electrónica de los átomos, por citar tan solo algunos ejemplos. Y, cómo no, la posibilidad de encontrarse con algo totalmente nuevo e inesperado.  ¡Lo que hubiera dado Tesla por contar con generadores magnéticos como estos!

En cualquier caso, todos estos “grandes” campos magnéticos quedan totalmente ridiculizados en comparación a los que nos ofrecen algunos entornos astrofísicos, pero de esto el propio Nikola Tesla nos hablará en el próximo teslablog.

 

Conclusión

El campo magnético debe mucho a Tesla, pero Tesla también debe mucho al campo magnético (varios de sus dispositivos más célebres se basan en la existencia de campos magnéticos rotativos). Pero, independientemente de cantidades, es justo que el apellido del inventor serbocroata vaya asociado a una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. De hecho, Tesla también fue a su modo una auténtica fuerza fundamental de la naturaleza.

 

Por cierto, se necesitan dieciséis teslas para hacer levitar una rana.

 



 

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