Caracterización experimental de un sismografo por levitación

Abstract

Una gran cantidad de materiales que suelen ser muy comunes como agua, madera, plantas, animales, diamantes, dedos, etc., son considerados no magnético. Sin embargo y, de hecho, son muy débilmente diamagnéticos. Son repelidos por un campo magnético fuerte. Los electrones en un material diamagnético reorganizan sus órbitas generando pequeñas corrientes que se oponen al campo magnético externo. El grafito y el bismuto son dos ejemplos de materiales que presentan un fuerte diamagnetismo, que en orden de magnitud sigue siendo aún muy pequeño comparado con otras respuestas Magnéticas. -Ferromagnetismo y/o Paramagnetismo. Creando fuerzas extremadamente débiles, millones de veces más pequeñas que las interacciones generadas entre materiales ferromagnéticos comunes, tales como el hierro (p.e. Los Imanes). Aunque es relevante que en situaciones cuidadosamente dispuestas, la presencia de materiales diamagnéticos produce el efecto de la levitación. Se presenta la introducción y justificación a la levitación diamagnética, área poco desarrollada en investigaciones científicas. Algunas publicaciones de diferente índole y grado de complejidad muestran demostraciones relacionadas con la levitación diamagnética usando imanes potentes y/o electroimanes. La investigación científica para establecer y verificar relaciones sobre la dependencia de parámetros con respecto a dicha levitación es aún escasa, las pocas desarrolladas no dan cuenta de una explicación detallada y entendimiento completo del fenómeno. Razón necesaria y suficiente para incursionar en la formulación de este proyecto. Discusiones presentes en capítulos iniciales tienen por objeto estudiar y sintetizar conceptos físicos para la comprensión de este fenómeno de levitación pasiva. El aporte de este trabajo es entregar una primera aproximación para el estudio de parámetros que influyen en levitadores de este tipo. La influencia de la densidad de flujo magnético en la altura de levitación estática investigada por experimentación cualitativa se pueden extraer de los resultados. Se investigó la influencia del mismo parámetro en la respuesta dinámica, por lo tanto, se obtuvo experimentalmente la rigidez magnética y la frecuencia de resonancia de los sistemas de levitación. Se modela analíticamente el levitador dinámica usando semejanzas con un oscilador amortiguado y forzado de pequeña señal. Se diseño, construyo y caracterizo un dispositivo de medidas para evaluar la respuesta de levitadores diamagnéticos, corroborando la validez de la aproximación con los resultados experimentales conseguidos. De igual manera se evaluó en forma experimental su uso como mecanismo de captura para ondas y señales sísmicas, comparando sus respuestas con la de un geófono de inducción, usado generalmente para tales fines.

Abstract: A lot of materials that are usually very common like water, wood, plants, animals, diamonds, fingers, etc., are considered non-magnetic. However, in fact, they are very weakly diamagnetic. They are repelled by a strong magnetic field. The electrons in a diamagnetic material reorganize their orbits generating small currents that oppose the external magnetic field. Graphite and bismuth are two examples of materials that have a strong diamagnetism, which in order of magnitude is still very small compared to other Magnetic responses. -Ferromagnetism and Paramagnetism. Creating extremely weak forces, millions of times smaller than the interactions generated between common ferromagnetic materials, such as iron (eg Magnets). Although it is relevant that in carefully arranged situations, the presence of diamagnetic materials produces the effect of levitation. The introduction and justification for the diamagnetic levitation, an underdeveloped area in scientific research, is presented. Some publications of different nature and degree of complexity show demonstrations related to diamagnetic levitation using powerful magnets and / or electromagnets. Scientific research to establish and verify relationships on the dependence of parameters with respect to such levitation is still scarce, the few developed do not account for a detailed explanation and complete understanding of the phenomenon. Reason necessary and sufficient to enter into the formulation of this project. Discussions present in initial chapters aim to study and synthesize physical concepts for the understanding of this phenomenon of passive levitation. The contribution of this work is to provide a first approximation for the study of parameters that influence levitators of this type. The influence of the magnetic flux density on the static levitation height investigated by qualitative experimentation can be extracted from the results. We investigated the influence of the same parameter on the dynamic response, therefore, we obtained experimentally the magnetic rigidity and the resonance frequency of the levitation systems. Dynamic levitation is modeled analytically using similarities with a damped and forced small signal oscillator. We designed, constructed and characterized a device of measures to evaluate the response of diamagnetic levitators, corroborating the validity of the approximation with the obtained experimental results. Likewise, their use as a capture mechanism for waves and seismic signals was evaluated experimentally, comparing their response with that of an induction geophone, generally used for such purposes.