Campo Magnético terrestre

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE COMPONENTE HORIZONTAL HORIZONTAL EXPERIENCIA N°7 1. OBJE OBJETI TIV VOS: OS: características del campo magnético magnético de la tierra. tierra.  Determinar las características  Determinar el componente horizontal del campo magnético terrestre.  Analizar el comportamiento de la barra magnética en un campo magnético. 2. MATE MATERIA RIALES LES::  Barra magnética  Compás magnético (brújula)  agnet!metro (soporte e hilo para suspender barra ba rra magnético)  Cron!metro  Calibrador "ernier  Balanza 3. FUNDAME FUNDAMENTO NTO TERICO: TERICO: EL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE #a e$istencia del campo magnético terrestre es un %en!meno conocido desde hace muchísimos a&os' a raíz de ue se obser! ue si se deja girar libremente una aguja imantada (colgándola de un hilo' euilibrándola sobre una punta o haciéndola *otar sobre agua u otro líuido)' ésta se orienta siempre en una direcci!n determinada' apro$imadamente +orte,-ur' ue es la del campo magnético terrestre. terrestre. -e dice ue la aplicaci!n de esta propiedad de orientaci!n de las agujas imantadas' ue es el principio de las brújulas' se conocía en China desde alrededor de /00 a. C.' ue %ue usado por Aníbal en 0/ a. C.' por los i1ingos en el siglo 23 d.C. 4 su uso por los naegantes europeos está documentado desde el siglo 233.

5ste comportamiento de las agujas imantadas indica ue la 6ierra entera' según propuso 7illiam 8ilbert en 9:00' se comporta como un enorme imán cu4os polos' +orte 4 -ur' no coinciden e$actamente con los polos geográ;cos por donde pasa el eje de rotaci!n del planeta (
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5s mu4 conocido ue la aguja de una brújula se orienta de sur a norte debido al campo magnético terrestre. >#a tierra se comporta como un imán?. #a aguja magnética de la brújula se orienta según las líneas del campo magnético de la 6ierra' 6ierra' las cuales no coinciden e$actamente con las líneas del meridiano geográ;co. 5l ángul ángulo o ue ue %orm %orma a el eri eridi dian ano o agnético respecto de la direcci!n del me merid ridian iano o geográ; geográ;co co se lla llama ma declinaci!n magnética (D) 4 puede estar posicionado a la izuierda (7) o a la der derec echa ha (5) (5) del del me meri ridi dian ano o geográ;c á;co. @or conenci!n se esta es tabl blec eci! i! ue ue las las decl declin inac acio ione ness magnéticas posicionada adas al 7 (oes (oeste te)) del del me meri ridi diano ano geog geográ; rá;co co ue pasa por el lugar serán +egatias (D ,) 4 las ue estén a la derecha o 5 (este) serán positias (D ). 5studi 5studios os reali realizad zados os durant durante e muchos muchos a&os a&os permit permitier ieron on establ establece ecerr ue la D (declinaci!n magnética) mantiene un sentido durante un periodo considerable para comenzar a decrecer (disminuci!n de su alor en grados). #as líneas de %uerzas ue ingresan al núcleo de la 6ierra atraesando la corteza terrestre' son tangenciales al meridiano magnético. 5l meridiano magnético describe un arco ue prooca ue al ingresar en el polo norte magnético lo hagan hagan en %orma %orma ertic ertical al a la super; super;cie cie terre terrestr stre. e. Cuando Cuando la inclin inclinaci aci!n !n es horizontal las líneas de %uerza están ubicadas en el 5cuador agnético 4 a medida ue se alejan hacia los polos se inclinan hasta llegar

A la erticalidad en los polos' saliendo del polo sur e ingresando en el polo norte magnético. #a intensidad del campo magnético terrestre B en un punto dado depende de sus polos magnéticos 4 es tangente a la línea de %uerza ue pasa por dicho punto. Cuando una barra magnética suspendida mediante un hilo mu4 delgado %orman %ormando do un ángulo ángulo

α

con al componente horizontal del campo magnético

terrestre' inicia un moimiento oscilatorio debido al torue producido por la α < 15 °





%orman %ormando do un ángulo ángulo a con la componen componente te horizont horizontal al del campo magnét magnético ico terrestre inicia un moimiento oscilatorio debido al torue producido por la %uer %uerza za ma magn gnét étic ica' a' co como mo se mues muestr tra a en la ;gur ;gura a /. -i el ángu ángulo lo a 9=' 9=' ento entonc nces es el moi moimi mien ento to de la barra barra ma magn gnét étic ica a se podr podrá á co cons nsid ider erar ar co como mo arm!nico simple' simple' en este caso caso su periodo de oscilaci!n está dado por T =2 π

I

D!nde

√

I μ B x

.......... (9)

E omento de inercia inercia de la barra

Con respecto al eje de rotaci!n. μ

E omento magnético de la barra.

B x =¿

Componente horizontal del campo magnético terrestre. terrestre.

@or de;nici!n' el momento magnético de la barra está dado por μ= m L

...... ()

D!nde m es es la carga magnética magnética o también llamada la la masa magnética. # es la distancia entre las masas magnéticas.

De la ecuaci!n (9) se deduce ue 2

B x =

4 π

I 2

μ T

.....

(/)

5l momento de inercia de un paralelepípedo rectángulo de masa  ue gira alrededor de un eje como se muestra en la




b

5je @or otro lado' la magnitud del campo magnético B de la barra ba rra magnética' en el punto @' tal como se muestra en la ;gura =' se encuentra a partir de la le4 de Coulomb para el campo magnético 4 iene dado por B P =

32 kmLd

(4 d − L ) G. (=) 2

2 2

D!nde d 5s la distancia desde el punto medio de la barra al punto @. m 5s la masa magnética.

− 5n el -3 K =10 Wb / A . m 7

¿ ¿

m

SYMBOL 106 j

,m

¿ ¿ SYMBOL 106

j = 45 ° ,

entonces se satis%ace B = B x H es

decir' el campo magnético de la barra es igual a la componente horizontal del campo magnético terrestre. Cuando esto ocurre la ecuaci!n es





CUESTIONARIO !.1 D"#$%&' ('# )'*+,-# ')' ('# /"#$)-',$"'# -, -( -))+) 0'(('/+ '( $'($%(') -( $'+ ',&"$+. 5l campo magnItico hallado e$perimentalmente se desía mucho del campo magnético te!rico porue el método es mu4 impreciso' puesto ue los euipos son mu4 sensibles a cualuier moimiento' lo cual hace ariar el periodo de oscilaci!n en la barra magnética.

!.2 45%- 6%-,&-# /- -))+) $+,#"/-)' %#&-/ %- 0', '6-$&'/+ ' (+# )-#%(&'/+# %- 0' +8&-,"/+9 +8&-," /+9 4C+ +/);', #%-)')#-#&+# -))+)-#9 J #a cercanía de cualuier tipo de cuerpos magnetizados pudo haber alterado la direcci!n ue marcaba la brújula' respecto al campo magnético. K 5rror de paralelaje cuando se utiliza la peue&a brújula 4 al obserar las oscilaciones en el magnet!metro. magnet!metro. K #a %alta de precisi!n de los instrumentos utilizados para hallar los polos magnéticos. K 5l moimiento pendular no %ue el ideal' esto dependía de la habilidad del ue reali realiza za el e$per e$perime imento nto.. 5sto 5sto incon inconeni enient entes es se podrían podrían supera superarr tratan tratando do de >aislar? el área de trabajo traba jo de cualuier objeto magnético ue pueda perturbar el e$per e$perim iment ento o 4 usar corre correcta ctamen mente te los magnet magnetos os al hacer hacer los e$peri e$perimen mentos tos como hacer oscilar la barra magnética peue&a.





!.3 G)'<%- ('# (;,-'# /- 6%-)*' /- (' 8'))' ',&"$'= #->'(',/+ (' +#"$", /- (+# +(+# ',&"$+# ? ('# /"#&',$"'# L ? /. − 5n el -3 K =10 Wb / A . m 7

#E0.0:m

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dE0.9m

!.@ 4C%(-# #+, ('# $')'$&-);#&"$'# /-( $'+ ',&"$+ &-))-#&)-9 4C%'( -# -( $++)&'"-,&+ /- %,' 8'))' ',&"$' /-,&)+ /- %, $'+ ',&"$+9 J Conencionalmente los campos magnéticos se representan por líneas de fuerza, éstas son líneas ue indican en todas partes la direcci!n del campo. #a intensidad del campo se representa por la distancia ue separa líneas de %uerza contiguas. 5n el lugar en ue están mu4 juntas el campo es %uerteH donde están mu4 separadas' débil. J 5l campo magnético de la 6ierra es mu4 apro$imadamente apro$imadamente el de un dipolo magnético. 5n la ;gura se muestran las líneas de %uerza para un







separados de los polos geográ;cos por alrededor de 9NO. 5l @olo +orte está en las islas del norte de CanadáH el @olo -ur en la Antártida al sur de 6asmania. 6asmania. #a intensidad del campo es' apro$imadamente' apro$imadamente' de 0': gauss en los polos magnéticos 4 0'/ gauss en el ecuador magnético J 5l campo cambia con el tiempo' po' %en %en!meno conocido como la vari parte variac ació ión n secu secula larr. Pna importante de la ariaci!n secular es la deriva hacia el oeste, consiste en un moimiento hacia el oeste de las concaidades 4 cone$idades caracter eríísticas de un campo no dipolar así como el de los propios polos magnéticos. 5sta es la raz!n por la ue al $'+ ',&"$+ siempre se le a&ade una %echa. J A grandes distancias el iento solar a%ecta la estructura dipolar del campo magnético. 5n el lado ue mira hacia el -ol las líneas de %uerza se comprimen hacia la 6ierra' mientras ue en el lado opuesto son empujadas en direcci!n contraria al -ol %ormando una larga cola.





Cuando un peue&o imán permanente se sitúa en el interior de un campo magnético' tiende a orientarse por si mismo' de modo ue el polo norte se&ale en la direcci!n 4 sentido de la intensidad del campo magnético.

!.! 4E, %- (%') /- (' &"-))' (+# $++,-,&-# 0+)"*+,&'( ? -)&"$'( /-( $'+ ',&"$+ &-))-#&)- #+, "+#94P+) %9 E("%- )<$'-,&-

El campo magnético en los polos es máximo y el Ecuador es mínimo. -alo en el 5cuador magnético' el campo magnético terrestre no es horizontalH el ángulo ue %orma el campo con la horizontal se denomina inclinaci!n magnética. 5n Cambridge' assachusetts (pr!$imo a los F=O +)' el alor del campo magnético terrestre es alrededor de ='N 90 , / 7bQm. #a magnitud del campo magnético será mínima en el 5cuador por su





CONCLUSIONES  RECOMENDACIONES:  5n esta práctica hemos estudiado el componente horizontal (tangencial) del campo terrestre' para ello nos hemos basado en relaciones' primero en la %uerza %uerz a ue hace un imán tienda a su posici!n de euil euilibrio ibrio'' suspen suspendiend diendo o la barra magnética en la horuilla del magnet!metro 4 desiándolo un cierto ángulo 90O hemos podido hallar una relaci!n entre el momento magnético del imán 4 la componente tangencial del campo en el ue se muee' ue en este caso es el terrestre también medimos el tiempo ue emplea la barra magnética en realizar 90 oscilaciones completas 4 determinamos su periodo.  6 6ambién ambién empleamos brújulas sobre la barra magnética ue al alinearse a lo largo de las líneas de %uerza del campo magnético' nos indicaron la direcci!n 4 el sentido de la intensidad del campo B.  Lemos analizado mediante esta práctica el comportamiento de una barra magnética en un campo magnético. 5n resumen con los datos ue hemos obtenido hemos llegado a unos alores pr!$imos pr!$imos del periodo.  +o se puede determinar la direcci!n del campo magnético terrestre a traés de la brújula. @or las alteraciones ue pueda tener esta o la alteraci!n de cuerpos cargados.  5l plano ertical ue contiene a L6 (meridiano magnético) no coincide en general con el meridiano geográ;co.

Campo Magnético terrestre

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