[no_toc]El sonido es transportado por vibraciones periódicas de átomos en los gases, líquidos y sólidos. Cuando hablamos entre nosotros, las cuerdas vocales de la persona que habla vibran, lo que causa que el aire proveniente de sus pulmones también vibre. Esto crea ondas de sonido, que se propagan a través del aire hasta que llegan a los tímpanos de alguien que también las hacen vibrar. A partir de estas vibraciones, el oyente puede reconstruir las palabras del hablante, en otras palabras, puede entender lo que se dice.
El sonido es afectado por el entorno en el que viaja y por la frecuencia de las ondas de sonido. Diseñamos instrumentos musicales para manipular las ondas de sonido que producen. Además, sabemos que existen ondas de sonido que se encuentran fuera del rango de la capacidad humana, como los producidos por el silbido de un perro. Los físicos han estudiado el sonido tanto dentro como fuera del rango de la audición humana, donde propiedades muy interesantes han sido descubiertas.
Hace más de 100 años, los físicos entendieron que el calor es simplemente la energía almacenada en las vibraciones de los átomos, y se dieron cuenta de que el calor y el sonido están relacionados. Ahora se mostró experimentalmente que esas vibraciones atómicas también tienen propiedades magnéticas.
Construyendo nuestro conocimiento del sonido
En los años 1930, los físicos empezaron a modelar vibraciones atómicas como partículas. Esto es similar al concepto de luz en donde llamamos fotón a una onda y una partícula. Los físicos llamaron las partículas de ondas de sonido como fonones, derivado de la palabra griega para el sonido.
Hoy en día, los físicos tratan a los fonones como cuasipartícula, teniendo propiedades de onda y de partícula. Los fonones transportan sonido y calor. En los metales, el calor es transportado principalmente por los movimientos de electrones en los átomos. Sin embargo, en todos los otros materiales, el calor es transportado casi exclusivamente por los fonones.
Así que las propiedades mecánicas, acústicas y térmicas de las ondas de sonido han sido establecidas. Aun, antes de ahora, nadie había imaginado que las ondas de sonido podían tener propiedades magnéticas.
Calor, sonido… ¿Y magnetismo?
Se han presentado pruebas experimentales de que las ondas de sonido si interactúan con campos magnéticos externos.
El experimento se realizó en un cristal grande de un semiconductor puro, antimoniuro de indio, que ha sido cortado en dos secciones desiguales y enfriados a -445F (-265C). Se hizo fluir una cantidad de calor en cada sección por separado. A estas temperaturas, los fononos parecen partículas individuales.
En la sección más pequeña, los fononos a menudo se pegaban contra la pared, el cual los ralentizaba. La sección pequeña se usó como referencia, para hacer el experimento independiente de otras propiedades del solido que puedan interferir. En la sección más grande, los fononos pueden ir más rápido, y no se pegan contra la pared tanto como entre ellos mismos. Cuando aplicamos un campo magnético, tienden a chocar entre ellos con más frecuencia, haciendo que fueran más lentos y disminuía la cantidad de calor que transportaban en un 12%.
Creemos que se debe a los electrones que rotan en orbitas alrededor de cada átomo en el sólido. El movimiento orbital de estos electrones emite un pequeño campo magnético intrínseco que interactúa con el campo magnético externo aplicado – un efecto llamado diamagnetismo. Esta propiedad existe incluso en vidrios, rocas y plásticos.
¿Qué podemos hacer con estos resultados?
Hasta este punto, solo hemos descrito un nuevo concepto, algo que no se ha pensado nunca antes. Los ingenieros pueden usar este concepto para controlar magnéticamente el calor y las ondas de sonido.
La conversión del calor en energía eléctrica o mecánica, como ocurre en los motores y estaciones de poder, suministra más del 90% de la energía que usa la humanidad. Por lo tanto, ser capaz de controlar la conducción del calor a voluntad puede tener un impacto enorme en la producción de energía, aunque, obviamente, las aplicaciones de este concepto son una posibilidad para el futuro.
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