Campo Magnético Terrestre Ángela Ánge la Rojas R ojas , Alejandro Bustos 2, Nicolás Garzón 3, Adriana eijoo! acultad de "ngenier#a, $ni%ersidad de la &alle, Bogotá '(C(, Colom)ia( *ste estudio se realizó en el 'epartamento de Ciencias Básicas, $ni%ersidad de la &alle, Bogotá '(C(, Colom)ia 1
Resumen El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, este último a su vez es una fuerza fundamental de la naturaleza. Cuando hay partículas cargadas en movimiento se producen fuerzas magnéticas, como en el caso de los electrones, de ahí que estén relacionados la electricidad y el magnetismo, o lo que conocemos como electromagnetismo. La forma más común de identificar el magnetismo es la fuerza de repulsin y atraccin que se presenta en los materiales magnéticos como lo es el hierro, no siendo este el único efecto. Palabras claves: !agnetismo, claves: !agnetismo, partículas, "epulsin, atraccin, #uerza del campo magnético, Campo magnético. Abstract $he follo%ing la&oratory report, %e %ill introduce the &asic concepts that should &e ta'en into account as magne magnetic tic field, field, perme permea& a&ili ility ty const constan ant, t, includ including ing solen solenoid oid,, param paramou ount nt in unde underst rstan andin ding g the phenomenon that occurs %hen the magnetic field interacting produced &y electric current flo%ing through a conductor. (e %ill also measure the force e)erted on a magnetic field an electric current and the magnetic field of a solenoid Keywords: !agnetism, Keywords: !agnetism, particles, repulsion, attraction, magnetic field strength, magnetic field.
Introducción $eniendo en cuenta los requerimientos tericos y matemáti matemáticos cos que se requiere requieren n para cumplir la practi practica, ca, funda fundamen mentad tada a princi principa palme lment nte e en desc descri ri&i &irr el camp campo o magn magnét étic ico o terr terres estr tre. e. Es nece necesa sari rio o recu recurr rrir ir a conc concep epto tos s fáci fácilm lmen ente te desc descif ifra ra&l &les es como como** El magn magnet etis ismo mo es una una propiedad por la cual los materiales se atraen o repelen repelen de otros. otros. $odos los materiale materiales s tienen tienen propiedades magnéticas aunque slo pocos las tienen en mayor medida que los demás y mucho más los magné magnético ticos. s. La forma forma de clasifica clasificarr un material magnético es según su comportamiento al acercarse a un imán o campo magnético.
acultad de ingenier#a, #sica 2
+, 2, 3, !
EL !+/E$0C-
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1na 1na &arr &arra a iman imanta tada da o un ca&le que transporta corriente corriente pueden pueden influir influir en otros materiales magnéti magnéticos cos sin tocarlos tocarlos físicame físicamente nte porque porque los o&2etos tos mag magnético ticos s prod roducen un campo mpo magnético. magnético. Estos suelen representarse representarse mediante líneas de campo magnético o líneas de fuerza. En cual cualqu quie ierr punt punto, o, la dire direcc cci in n del del camp campo o
magnético es igual a la direccin de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas. En el caso de una &arra imantada, las líneas de fuerza salen de un e)tremo y se curvan para llegar al otro e)tremo3 estas líneas pueden considerarse como &ucles cerrados, con una parte del &ucle dentro del imán y otra fuera. En los e)tremos del imán, donde las líneas de fuerza están más pr)imas, el campo magnético es más intenso3 en los lados del imán, donde las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más dé&il. 4egún su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de líneas de fuerza. La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier o&2eto que genere un campo magnético se pueden visualizar utilizando una &rú2ula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. or tanto, una &rú2ula, que es un peque5o imán que puede rotar li&remente, se orientará en la direccin de las líneas. !arcando la direccin que se5ala la &rú2ula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema de líneas de fuerza. 0gualmente, si se agitan limaduras de hierro so&re una ho2a de papel o un plástico por encima de un o&2eto que crea un campo magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura
0!+/E4
Los
materiales que tienen un campo magnético más nota&le que la mayoría se denominan imanes. 1n imán puede ser natural o formado magnetizando un material con propiedades magnéticas como lo es el hierro. 1n material siempre y cuando sus propiedades lo permitan, puede ser magnetizado acercándolo a un campo magnético por e2emplo a otro imán. Los imanes tienen dos polos llamados /orte y 4ur. 4i se divide un imán, éste vuelve a tener nuevamente dos polos.
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La $ierra posee un poderoso campo magnético, como si el planeta tuviera un enorme imán en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geográfico y viceversa. +unque los polos magnéticos terrestres reci&en el nom&re de polo norte magnético 6pr)imo al polo norte geográfico7 y polo sur magnético 6pr)imo al polo sur geográfico7, su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nom&res.
El campo magnético de la $ierra es similar al de un imán de &arra inclinado 88 grados respecto al e2e de rotacin de la $ierra. El pro&lema con esa seme2anza es que la temperatura Curie del hierro es de 9:: grados apro)imadamente. El núcleo de la $ierra está más caliente que esa temperatura y por tanto no es magnético.
Los campos magnéticos rodean a las corrientes eléctricas, de modo que se supone que esas corrientes eléctricas circulantes, en el núcleo fundido de la $ierra, son el origen del campo magnético. 1n &ucle de corriente genera un campo similar al de la $ierra. La magnitud del campo magnético medido en la superficie de la $ierra es alrededor de medio auss. Las líneas de fuerza entran en la $ierra por el hemisferio norte. La magnitud so&re la superficie de la $ierra varía en el rango de :,; a :,< auss.
de =?; días de la $ierra, es demasiado lento para producir el efecto dinamo. La interaccin del campo magnético terrestre con las partículas del viento solar crea las condiciones para los fenmenos de auroras cerca de los polos.
El polo norte de la agu2a de una &rú2ula es un polo norte magnético. Es atraido por el polo norte geográfico que es un polo sur magnético 6polos opuestos se atraen7.
Metodología
#ig 8. Circuito montado para el e)perimento !+$E"0+LE4
El campo magnético de la $ierra se atri&uye a un efecto dinamo de circulacin de corriente eléctrica, pero su direccin no es constante. !uestras de rocas de diferentes edades en lugares similares tienen diferentes direcciones de magnetizacin permanente. 4e han informado de evidencias de 898 reversiones del campo magnético, durante los últimos 98 millones a5os. +unque los detalles del efecto dinamo no se conocen, la rotacin de la $ierra desempe5a un papel en la generacin de las corrientes que se suponen que son la fuente del campo magnético. La nave espacial !ariner = descu&ri que >enus no tiene un campo magnético, aunque su contenido de un núcleo de hierro de&e ser similar al de la $ierra. El período de rotacin de >enus
#uente de alimentacin de corriente continua !iliamperímetro 6polímetro7 @o&inas están indicados en las &o&inas3 la separacin entre am&as es igual a "7 @rú2ula 6agu2a imantada so&re soporte con círculo graduado7 Cronmetro La &rú2ula se sitúa en el centro de las &o&inas, las cuales de&en orientarse de modo que, cuando no pasa corriente, la agu2a imantada y el e2e de las &o&inas estén perpendiculares. or tanto, cuando pase corriente, el campo @ producido por las &o&inas y serán perpendiculares. La intensidad 0 se mide con un amperímetro, que de&e estar en serie con las &o&inas y la fuente de alimentacin. >ariando la tensin de la fuente de alimentacin se varía la
corriente 0 que pasa por las &o&inas, y por tanto el campo magnético @ creado por las mismas. Resultados Los resultados se detallan en las siguientes ta&las de datos y resultados. $a&la /A 8. "esultados correspondientes a la tangente del ángulo y el campo magnético cuando son B vueltas @& 6/D F:Di7G=+
+rea piD radio @& campo magnético de la &o&ina / número de vueltas
$an H @&G @t @&@t tan H
"adio :,:9B m F: ?piD8: IJ9 Corriente dada en miliamperios Grafica 1 rafica correspondiente a la tangente del ángulo y el campo magnético cuando son B vueltas !6 pendiente7 @t
$a&la /A=.
"esultados correspondientes a la tangente del ángulo y el campo magnético cuando son 8: vueltas @& 6/D F:Di7G=+
+rea piD radio @& campo magnético de la &o&ina / número de vueltas
$an H @&G @t @&@t tan H
"adio :,:9B m F: ?piD8: IJ9 Corriente dada en miliamperios
Grafica rafica correspondiente a la tangente del ángulo y el campo magnético cuando son 8: vueltas !6 pendiente7 @t
$a&la /A ; "esultados correspondientes a la tangente del ángulo y el campo magnético cuando son 8B vueltas @& 6/D F:Di7G=+
+rea piD radio
@& campo magnético de la &o&ina / número de vueltas $an H @&G @t @&@t tan H
"adio :,:9B m F: ?piD8: IJ9 Corriente dada en miliamperios
Grafica ! rafica correspondiente a la tangente del ángulo y el campo magnético cuando son 8B vueltas !6 pendiente7 @t
An"lisis resultados
de
El campo magnético terrestre presente en la $ierra no es equivalente a un dipolo magnético con el polo 4ur magnético pr)imo al olo /orte geográfico, y, con el polo / de campo magnético cerca del olo 4ur geográfico, sino más &ien presenta otro tipo especial de magnetismo. Es un fenmeno natural originado por los movimientos de metales líquidos en el núcleo del planeta y
está presente en la $ierra y en otros cuerpos celestes como el 4ol.
4e e)tiende desde el núcleo atenuándose progresivamente en el espacio e)terior 6sin límite7, con efectos electromagnéticos conocidos en la magnetosfera que nos protege del viento solar, pero que además permite fenmenos muy
diversos como la orientacin de las rocas en las dorsales oceánicas, la magneto recepcin de algunos animales y la orientacin de las personas mediante &rú2ulas.
1na &rú2ula apunta en la direccin 4urJ/orte por tratarse de una agu2a imantada inmersa en el campo magnético terrestre* desde este punto de vista, la $ierra se comporta como un imán gigantesco y tiene polos magnéticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geográficos
4olenoide son paralelas entre si, donde el campo magnético es uniforme.
ello nos hemos &asado en relaciones, primero en la fuerza que hace un imán tienda a su posicin de equili&rio, suspendiendo la &arra magnética en la horquilla del magnetmetro y desviándolo un cierto ángulo, hemos podido hallar una relacin entre el momento magnético del imán y la componente tangencial del campo en el que se mueve, que en este caso es el terrestre tam&ién medimos el tiempo que emplea la &arra magnética en realizar 8: oscilaciones completas y determinamos su periodo.
El olo /orte !agnético se encuentra a 8K:: 'ilmetros del olo /orte eográfico. En consecuencia, una &rú2ula no apunta e)actamente hacia el /orte geográfico3 la diferencia, medida en grados, se denomina declinacin magnética. La declinacin magnética depende del lugar de o&servacin, por e2emplo actualmente en !adrid 6Espa5a7 es apro)imadamente ;A oeste. El polo 4ur magnético está desplazándose por la zona norte canadiense en direccin hacia el norte de +las'a.
$am&ién empleamos &rú2ulas so&re la &arra magnética que al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético, nos indicaron la direccin y el sentido de la intensidad del campo @. emos analizado mediante esta práctica el comportamiento de una &arra magnética en un campo magnético. En resumen con los datos que hemos o&tenido hemos llegado a unos valores pr)imos del periodo.
#onclusiones
En esta práctica hemos estudiado el componente horizontal 6tangencial7 del campo terrestre, para
/uestro planeta crea su propio campo magnético gracias a las corrientes eléctricas que son creadas por el núcleo de hierroJniquel líquido, la $ierra es como un imán gigantesco con dos polos* un polo /orte y uno 4ur3 aunque, estos polos magnéticos no están alineados con los polos geográficos
http*GG%%%.cienciaredcreativa.orgGinformesGmagn etismoM=:8.pdf @0@L0-"+#0+ http*GG%%%.fisicarecreativa.comGinformesGinforFem GmomentoFmagnetico=';.pdf
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