Levitación magnética y algunos ejemplos claros

Los materiales o la materia posee intrínsecamente propiedades magnéticas, las cuales vamos situar a continuación:

Ferromagnetismo: Se conoce como ferromagnetismo a un fenómeno en el cuál ciertos materiales como metales y aleaciones son imantados frente a un campo magnético que se les aplica, y conservan parte de este magnetismo una ves que se los aleja del campo, convirtiéndose así en imanes permanentes o que producen un campo magnético constante en el tiempo. Podemos citar como ejemplos de estos materiales el hierro, el acero, el cobalto, el níquel, etc.

Diamagnetismo: Se conoce como diamagnetismo a una propiedad en la cuál los materiales repelen por lo general ligeramente los campos magnéticos, contrario al paramagnetismo, básicamente todos materiales o elementos y compuestos químicos responden de manera diamagnética y paramagnética de acuerdo al campo magnético que se les aplica en cierta proporción dependiendo de su propiedad o composición, pero en ciertos materiales este diamagnetismo es mas notorio, podemos citar como ejemplo el agua, hidrógeno, bismuto metálico, gases nobles, el oro, el cobre, el azufre, el grafito, etc.

Paramagnetismo: Consiste en una propiedad en la cuál los materiales crean un campo magnético en la misma dirección del campo magnético que se les induce, por lo general son atraídos por los imanes o electroimanes, pero a diferencia de los materiales ferromagnéticos estos no conservan el magnetismo, algunos ejemplos de estos materiales son el aluminio, el aire, magnesio, titanio, wolframio. 

Las dos últimas propiedades son muy débiles, muy difícil de notarlas a simple vista a diferencia del ferromagnetismo que es el mas fuerte, pero en este caso nos centraremos en el diamagnetismo para poder explicar algunos ejemplos muy curiosos sobre levitación gracias a esta propiedad.

Levitación por diamagnetismo:  Esta clase de levitación aprovecha la propiedad antes descrita de magnetismo, primeramente vamos a  mostrar un ejemplo muy básico de levitación en el que se hace levitar un trozo de grafito que parece que la mayoría ya lo conoce, ya que hay muchos videos de YouTube mostrando este experimento.

Ahora vamos a mostrar otro ejemplo en el que se utiliza un material diamagnético diferente como lo es el agua, aunque este es más un ejemplo de repulsión:

Y si no faltaba también se puede hacer repeler o levitar seres vivos (aunque pequeños por el momento).

Para este último ejemplo se necesita un laboratorio de alto campo magnético, ya que obviamente los seres vivos están compuestos principalmente de agua (aunque no en su totalidad), por lo tanto para lograr que floten se necesita un campo magnético muy alto para poder anular la fuerza de gravedad. Esta clase de laboratorios son toda una planta que se encarga de producir un campo magnético con una fuerza magnética de 80 Teslas, con lo cual pueden levantar estos objetos unos pocos metros del suelo en un contenedor controlado.

Levitación por repulsión de imanes y electroimanes: Este tipo de levitación usa el principio de la repulsión por polaridades iguales como todos lo hemos experimentado alguna vez jugando con los imanes, pero en un ambiente muy bien establecido para que los imanes se pongan en la respectiva posición para que no se descarrilen, lo mismo también con los electroimanes, tal ejemplo de esto es el tren de levitación magnética, y otros ejemplos con fines algo más didácticos o decorativos, que solamente mantienen objetos suspendidos en el aire sin desplazamiento lineal. Para el caso del tren de levitación no solo se requiere que los imanes estén en la posición correcta sino también se necesita un sistema de control avanzado que regule la velocidad y la intensidad durante todo el trayecto. Lo mismo con los dispositivos solo mantienen suspendidos objetos por magnetismo, hay sensores y un sistema electrónico automático que regulan el campo magnético para que el objeto se mantenga siempre en una misma posición, a pesar de que haya perturbaciones que los hagan desubicar. 

También se puede lograr la levitación estable solamente usando imanes, y uno gira y mantiene una inercia, el otro se mantiene fijo.

Levitación por superconductividad: Este tipo de levitación aprovecha una propiedad que tienen ciertos materiales, que consiste en llegar a una resistencia eléctrica nula, a una determinada temperatura (de cero absoluto), para el caso de los metales y aleaciones se va perdiendo la resistencia a medida que desciende la temperatura. Otra clase de materiales no metálicos como algunos cerámicos son superconductores a altas temperaturas. En síntesis la superconductividad lo que hace es circular una corriente al momento de acercar un campo magnético a este superconductor, produciendo un campo magnético contrario y con la misma intensidad que el que se indujo previamente, produciendo así una repulsión, que es aprovechada para lograr la levitación de objetos.

Tendríamos así dos tipos de superconductores para las temperaturas frías uno de tipo 1 y otro de tipo 2. El primero no permite que ningún campo magnético externo lo penetre lo que se conoce como efecto Meissner, el segundo es imperfecto y puede dejar que sí penetre algo del campo magnético externo por las pequeñas imperfecciones del material, por tanto si se le aplica un campo magnético muy intenso o superior al crítico este material deja pierde la propiedad de superconductividad.

En el siguiente video vemos un ejemplo claro de levitación por superconductividad fría a una temperatura de -185° C, se utiliza como material superconductor zafiro.

Referencias:

https://es.wikipedia.org/wiki/Diamagnetismo

https://www.ecured.cu/Paramagnetismo

Feynman Física vol. II. Electromagnetismo y Materia - Richard Feynman