Category Archives: Tecnologia de futur

El grafè, el material del futur

Imagina’t una làmina de plàstic molt fina formada per una xarxa hexagonal de molècules de carboni. Aquesta estructura s’anomena grafè, i està destinada a revolucionar el món de la tecnologia en un futur molt proper: gran poder fotovoltaic, gran conductor de l’electricitat, gran flexibilitat, i d’altres grans propietats el fan molt atractiu per millorar molts aparells. De moment, el que es podria fer amb ells és:

  • Plaques fotovoltaiques amb un gran rendiment
  • Bateries d’aparells mòbils que es carreguen amb la llum solar
  • Flaixos de càmares amb la potència suficient per fer fotos d’espais totalment foscos.

I això només és el començament, cada dia que passa li troben noves propietats i aplicacions. El següent vídeo explica què es podria fer amb aquest material.

L’ascensor de 36 Km de llarg

Volen construir un ascensor entre una plataforma situada a l’oceà i una estació espacial situada a 36 Km d’altura. Aquesta idea preten abaratir el preu de transportar coses a les estacions espacials, ja que amb el sistema dels transbordadors surt massa car. Consistirà amb un cable fet d’un material anomenat nanotub de carboni per on circularà una plataforma moguda per corrents electromagnètics.

Els nanotubs de carboni són unes estructures hexagonals de carboni  lligades entre sí i enrotllades formant un tub. Aquest tub és molt petit, amb unes dimensions d’una milmilionèsima de metre, o sigui, un nanòmetre. D’aquí el seu nom. Aquestes estructures resulta que tenen dues grans característiques que les fan excepcionals: són molt lleugeres i tenen una resistència 100 vegades més gran que l’acer. El cable que tenen pensat fer serà d’aquest material.

Però no es tracta d’un material nou, existeix des de fa molt de temps. Fa poc s’ha descobert que les espases de Damasc, unes espases fabricades per les creuades al segle XVII, tenien nanotubs de carboni a la seva estructura. A la seva fabricació intervenia el carbó, i es veu que unes reaccions químiques en el procès de forja de les espases van crear aquest nanotubs sense que el que les fabricava en fora conscient.

Aquest vídeo et pot ajudar e entendre millor la idea.


L’ascensor de 36 Km de llarg

nanotubos-de-carbono.pngVolen construir un ascensor entre una plataforma situada a l’oceà i una estació espacial situada a 36 Km d’altura. Aquesta idea preten abaratir el preu de transportar coses a les estacions espacials, ja que amb el sistema dels transbordadors surt massa car. Consistirà amb un cable fet d’un material anomenat nanotub de carboni per on circularà una plataforma moguda per corrents electromagnètics. Continue reading

HIPER, NIF, ITER.. Fusió Nuclear

fusio.jpgLa fusió nuclear és unir dos àtoms per fer-ne un de més gran, obtenint energia. Científics britànics estudien construir un laboratori de fusió nuclear a Oxfordshire per recrear les temperatures i pressions que es donen en l’interior del sol. L’objectiu és construir el làser més potent del món i emprar-lo per fer esclatar petites boles de combustible d’hidrogen i d’aquesta manera generar energia. Segons els investigadors, aquest procés podria ser una solució a la crisi energètica del món, oferint una font d’energia segura i lliure d’emissions de carboni, i minimitzant la producció de residus radioactius. Aquest programa s’anomena HiPER i es situarà al Regne Unit al capdavant de la investigació en fusió nuclear.

A França, en canvi s’ha iniciat la construcció d’un experiment diferent que no utilitza làsers, sinó camps magnètics, per recrear les condicions per a la fusió. Es creu que la primera activació del reactor d’aquest experiment, anomenat ITER, tindrà lloc l’any 2022.

Aquest esdeveniment coincideix també amb l’arrencada de la Instal·lació Nacional per a la ignició Nord-americana, NIF, al Laboratori Lawrence Livermore de Califòrnia, del qual s’espera que sigui capaç de controlar una forma limitada de fusió nuclear. L’èxit del NIF podria provar que la fusió amb làser té un potencial real per a la generació energètica. El NIF usarà 192 làsers, cada un més potent que qualsevol làser operatiu en l’actualitat, per provocar la fusió nuclear en una diminuta bola d’hidrogen congelat.

En la fusió basada en làser, els làsers s’emprarien per escalfar boletes de combustible a 100.000 graus Celsius en una fracció de segon. Les pressions generades pels àtoms en explotar des de la superfície trencaria llavors la boleta de 2 mm en cents de trossos en un mil milionèsima de segon. En un moment donat, la superfície del combustible es mourà cap a dins (implosionarà) a una velocitat d’1,6 milions de quilòmetres per segon, fins que assoleixi una densitat 100 vegades superior a la del plom. Sota tals condicions, els àtoms d’hidrogen que conformen el combustible quedaran destrossats, creant un plasma d’electrons i nuclis d’hidrogen. A mesura que interactuïn i es fusionin formant heli, part de la seva massa es destrueix alliberant energia en forma de calor, llum i radiació.

HIPER, NIF, ITER… són expressions per definir el mateix: la fusió nuclear. Les dies primeres ho volen fer amb làser, mentre que la última amb camps magnètics.

HIPER, NIF, ITER.. Fusió Nuclear

fusio.jpgLa fusió nuclear és unir dos àtoms per fer-ne un de més gran, obtenint energia. Científics britànics estudien construir un laboratori de fusió nuclear a Oxfordshire per recrear les temperatures i pressions que es donen en l’interior del sol. L’objectiu és construir el làser més potent del món i emprar-lo per fer esclatar petites boles de combustible d’hidrogen i d’aquesta manera generar energia. Segons els investigadors, aquest procés podria ser una solució a la crisi energètica del món, oferint una font d’energia segura i lliure d’emissions de carboni, i minimitzant la producció de residus radioactius. Aquest programa s’anomena HiPER i es situarà al Regne Unit al capdavant de la investigació en fusió nuclear. Continue reading

Superconductors: transport sense fregament

superconductor.jpgEl professor va treure de la capsa un recipient negre tancat. A sobre la taula, hi havia un bol amb dos materials cilíndrics també negres, un dels quals descansava sobre l’altre, estaven apilats. Els alumnes de la classe no sabien què faria el professor, només ells hi va dir que veurien una cosa espectacular. El mestre va obrir el recipient i va sortir un fum blanc de dintre. El va apropar al bol on hi havia els dos materials i va abocar el seu contingut, un líquid transparent que anava soltant fum a mesura que el bol s’omplia .El bol es va acabar d’omplir d’aquest líquid i una boira blanca l’envoltava com passa a la ciutat de Móra un dia d’hivern. De sobte, la peça negra que estava a sobre va cobrar vida i va començar a levitar a sobre de l’altra com si una força invisible l’empenyés cap amunt. I allí es va quedar suspesa… a uns pocs centímetres de l’altra, levitant mentre aquella boira l’envoltava… s’havia format un superconductor.

L’electricitat és el desplaçament d’electrons. Però per a que es produeixi, és necessari un material que permeti aquest pas, els anomenats conductors. Malgrat el seu nom, encara ofereixen una certa resistència al pas d’aquests electrons, pel que s’escalfen quan hi passen, el que es coneix com efecte Joule. El coure i l’alumini són els conductors més usats per transportar l’electricitat, però només són això, conductors, i ofereixen resistència, poca, però la tenen. En canvi, un superconductor és un material que no ofereix cap tipus de resistència al pas de l’electricitat, absolutament cap. No s’escalfa, i tota l’electricitat que hi circula per dintre  ho fa amb total llibertat.

Una de les aplicacions dels superconductors és la de transportar electricitat sense pèrdues d’energia, sense que s’escalfin els fils, vaja. Amb això es pot augmentar els rendiments en el transport. Però un altra utilitat que es pot utilitzar d’aquests material sorgeix arran d’un curiós fenomen que ocorre quan se’ls apropa un iman: és l’anomenat Efecte Meisner. Aquest efecte consisteix en que un superconductor queda atrapat dintre el camp magnètic d’un iman que està prop d’ell de manera que no pot escapar. Els dos materials, iman i superconductor, estan separats a poca distància degut a la força del camp magnètic, però tampoc es poden allunyar degut també a la mateixa força. És com si estiguessin enganxats amb una goma invisible: no els pots ajuntar però tampoc els pots separar. Però per obtenir un superconductor s’ha de posar aquest material per sota una temperatura anomenada crítica, que és quan apareixen aquest curiós comportament.

El següent vídeo explica una possible aplicació dels superconductors: un tren de levitació magnètica. Per cert, el que el professor portava al recipient és nitrogen líquid, que està a -196ºC. El material de sota el bol és un iman i el de sobre un aliatge de YBaCuO (iridi, bari, coure, oxigen). quan aquest material està per sota la seva temperatura crítica, es converteix amb un superconductor, i és per això que levita sobre l’iman quan se li tira el nitrogen líquid a una temperatura tant freda.

[kml_flashembed movie="http://es.youtube.com/v/TeS_U9qFg7Y" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

Superconductors: transport sense fregament

superconductor.jpgEl professor va treure de la capsa un recipient negre tancat. A sobre la taula, hi havia un bol amb dos materials cilíndrics també negres, un dels quals descansava sobre l’altre, estaven apilats. Els alumnes de la classe no sabien què faria el professor, només ells hi va dir que veurien una cosa espectacular. El mestre va obrir el recipient i va sortir un fum blanc de dintre. El va apropar al bol on hi havia els dos materials i va abocar el seu contingut, un líquid transparent que anava soltant fum a mesura que el bol s’omplia .El bol es va acabar d’omplir d’aquest líquid i una boira blanca l’envoltava com passa a la ciutat de Móra un dia d’hivern. De sobte, la peça negra que estava a sobre va cobrar vida i va començar a levitar a sobre de l’altra com si una força invisible l’empenyés cap amunt. I allí es va quedar suspesa… a uns pocs centímetres de l’altra, levitant mentre aquella boira l’envoltava… s’havia format un superconductor. Continue reading

El túnel transatlàntic

tuneltransatlantic.jpgLa classe de primer de batxillerat estava de viatge final de curs a París. Venien de Roma, i tenien previst anar a l’Òpera a veure Turandot de Puccini. A molts d’ells no els agradava la idea, preferien un concert de “DJ Peres”. Però hi havia un problema que no acabaven d’entendre: les entrades eren del teatre Metropolitan de Nova York, i això estava bastant lluny de París i feia falta només una hora per al començament.

– Tranquils- va dir el professor.- arribarem a temps
– Però com?- va contestar un del batxillerat científic- . És impossible, això està a l’altra punta de món.
– Això ja us ho expliquem nosaltres, que sabem de què va – va dir Jaume -. Anirem amb el tren que creua el túnel transatlàntic. Amb una hora arribarem a Nova York.
– Efectivament, – va dir el professor-. No us en lliurareu de Turandot…

 

Aquesta història podria ser certa si es du a terme un túnel transatlàntic de 5000 kilòmetres per on circularien trens de levitació magnètica a 8000 Km/h. Per fer-vos una idea, el tren més ràpid ara mateix no arriba als 500 Km/h, i els avions comercials ho fan a uns 800 Km/h. Això suposa unir Nova York i Paris en poc menys d’una hora.

Aquest túnel es faria a 100 metres de profunditat, la justa per no tenir problemes amb els vaixells que circulen per la superfície, i que la pressió de l’aigua no sigui excessiva. Per que es mantingués quiet, s’anclaria al fons marí mitjançant cables d’acer. Aquest cables podrien destensar-se per evitar possibles impactes amb submarins o balenes.

La tecnologia per fer-los moure seria amb trens MAGLEV, de levitació magnètica, els únics que actualment podrien arribar a aquestes velocitats, ja que els elèctrics i els de gasolina no ho poden fer degut al fregament amb les vies tant gran que pateixen. Els trens magnètics no tenen fregament al volar literalment per la via. Però encara hi ha un fregament que tenen que vèncer: el de l’aire. Quan més es corre, més aire s’ha d’apartar i més fregament hi ha. Per això s’ha pensat en treure l’aire de túnel, crear el buit, el que afavoriria que arribessin a altíssimes velocitats.

Un altre problema és l’anomenada força G. És la sensació que es produeix quan es pateix una acceleració o desceleració. La sensació de que un cos pesa més és més gran quan més gran és aquesta variació de la velocitat, pel que s’ha pensat que per reduir aquesta força G, durant 18 minuts, uns 1200 Km, l’acceleració seria moderada, la justa per no partir aquest problema. Per frenar, el mateix: durant 18 minuts es frenaria molt a poc a poc per reduir la sensació d’aquesta força.

Un darrer problema és l’econòmic. S’han calculat desenes de bilions d’euros per dur-lo a terme. Per veure fins a quin punt és monstruosa aquesta obra, la quantitat d’acer necessària per fabricar-lo seria la producció mundial d’un any sencer si es treballés les 24 hores del dia.

Quedaria també el problema del jet lag, que son desequilibris del rellotge biològic de la persona que el pateix degut als canvis horaris. El cos es pensa que ha de ser de nit quan encara és de dia, o a l’inrevés, produint trastorns com insomni, marejos i fins i tot, vòmits. Però aquest seria un problema menor si la recompensa és veure una òpera al teatre Metropolitan de Nova York… no?

Que tingueu bon viatge i ens retrobem a la tornada de vacances.

Els següent vídeo explica com seria aquesta idea.

 [kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/oLbDNO1z69w" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

El túnel transatlàntic

tuneltransatlantic.jpgLa classe de primer de batxillerat estava de viatge final de curs a París. Venien de Roma, i tenien previst anar a l’Òpera a veure Turandot de Puccini. A molts d’ells no els agradava la idea, preferien un concert de “DJ Peres”. Però hi havia un problema que no acabaven d’entendre: les entrades eren del teatre Metropolitan de Nova York, i això estava bastant lluny de París i feia falta només una hora per al començament.

– Tranquils- va dir el professor.- arribarem a temps
– Però com?- va contestar un del batxillerat científic- . És impossible, això està a l’altra punta de món.
– Això ja us ho expliquem nosaltres, que sabem de què va – va dir Jaume -. Anirem amb el tren que creua el túnel transatlàntic. Amb una hora arribarem a Nova York.
– Efectivament, – va dir el professor-. No us en lliurareu de Turandot… Continue reading

MAGLEV: un tren que levita

maglev.jpgEls trens de levitació magnética MAGLEV (MAGnetic LEVitation en anglès) són un tipus de trens que no toquen a terra gràcies a uns potents imans que el mantenen en suspensió. Al no haver fregament, aquests trens poden aprofitar més l’energia per fer-los moure.

Al japó ja disposen d’un tren d’aquestes característiques, i actualment poden arribar fins als 600 Km/h, superant als trens d’alta velocitat convencionals que circulen per les vies, però hi ha previst que aquesta velocitat sigui encara més alta. Per fer-los funcionar, el tren i les vies disposen d’electroimants (bobines de coure que s’imanten al passar electricitat per ella). D’aquests imans, un s’encarreguen de  fer-lo levitar al tenir els pols del mateix signe i repel·lir-se, mentre que uns altres electroimants fan que avanci al anar canviant de polaritat contínuament.

Són trens que en un principi són molt segurs ja que van dirigits contínuament per dintre la via, el propi camp magnètic creat pels electroimants s’encarreguen que no surti del rail. A més a més, en cas que el imants fallin, el tren quedaria aturat a sobre de la via.

Podria ser que quan a Catalunya els trens d’alta velocitat (AVE) s’hagin instal·lat definitivament, a França o a Alemanya els trens ja seran MAGLEVS, pel que s’hauran d’arrencar les vies de l’AVE per instal·lar els trens magnètics. Coses del progrés.