Campo Magnético Terrestre Componente Horizontal Experiencia N°7

Laboratorio de Física III – 7° informe

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CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE COMPONENTE HORIZONTAL EXPERIENCIA N°7 1. Objetivos: Calcular la componente horizontal del campo magnético terrestre en el laboratorio. Determinar las características del campo magnético de la tierra. Analizar el comportamiento de una barra magnética en un campo magnético.

2. Materiales: Magnetómetro de torsión Balanza de masas Cronómetro Calibrador Vernier Brújula Barras magnéticas Hoja milimetrada, regla.

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3. Procedimiento: El objetivo de esta experiencia es calcular la componente horizontal del campo magnético terrestre en el laboratorio a través de mediciones indirectas. Como se ha visto en la teoría al orientar perpendicularmente una barra magnética en la dirección del campo magnético terrestre, y el campo magnético de la barra sea igual a la componente horizontal del campo terrestre entonces podemos calcular la componente horizontal con la siguiente fórmula:

 

√       

donde:

K: 10-7 Wb/Am

Para ello, primero debemos calibrar los instrumentos de medición y a continuación procederemos a tomar las mediciones para poder llevar a cabo nuestra experiencia. Debemos tomar en cuenta que todas t odas las mediciones realizadas serán expresadas en unidades del S.I. 

Empezaremos calculando el Momento de Inercia “ ” de la barra magnética pequeña, el cual está dado por la ecuación:

      

donde:  

M: Masa del paralelepípedo paralelepípedo a, b: Dimensiones de la barra






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Con ayuda de la balanza determinamos la masa. Procedemos a tomar las dimensiones de la barra con el Vernier, y anotamos los resultados obtenidos en la siguiente tabla.

Tabla 1

0.019

0.061

0.006

5.949*10

-6

Ahora procederemos a calcular el valor de “ ”, el cual es la distancia entre los polos magnéticos de la barra.

Para ello colocamos la barra en el centro de la hoja milimetrada y con ayuda de la brújula trazamos las líneas de inducción magnética de la barra, tal y como se muestra en la imagen anterior. Acercamos la brújula a la barra y trazamos algunas líneas, prolongamos las líneas hacia el punto en donde parecen converger y tomamos el valor de L haciendo uso de una regla. El valor que hemos obtenido será anotado en la Tabla 2.

El siguiente paso será hallar “ ”, el cual es la longitud desde el centro de la barra magnética hasta el punto P.






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Para ello procedemos a determinar primero la dirección del campo magnético terrestre. Colocamos la brújula sobre la mesa; debemos procurar retirar las barras magnéticas lo más lejos posible y cualquier otro objeto magnético, ahora que hemos ubicado la dirección del campo hacemos su traza en el papel milimetrado. Luego trazamos una perpendicular a la dirección del campo magnético terrestre, ubicamos la barra en esta línea tal y como se observa en la imagen anterior. El punto P será la intersección de las dos líneas trazadas. Ahora colocamos la brújula en el punto P de tal manera que al acercar o alejar la barra magnética las agujas de la brújula deben formar un ángulo ø = 45°. En esa posición medimos la longitud “ d”. El valor obtenido será anotado en la Tabla 2.

Para finalizar la experiencia ahora debemos hallar el periodo “ ”. Para ello suspendemos la barra magnética en la horquilla del magnetómetro, alineamos la barra en el sentido del campo magnético terrestre y con ayuda de la otra barra hacemos oscilar la barra suspendida, es decir, acercamos la barra magnética a la barra suspendida y con eso hacemos que salga de equilibrio produciendo en ella un movimiento oscilatorio, debemos procurar que al acercar la barra el ángulo de oscilación de la otra no sea mayor a 10°. Desde el instante en que se produce el movimiento oscilatorio cronometramos el tiempo que la barra tarda en dar 10 oscilaciones. Para que no se produzca ningún tipo de alteración durante el movimiento oscilatorio debemos retirar lo más lejos posible todos los cuerpos magnéticos. Repetimos este procedimiento 5 veces más para poder obtener una mayor precisión en el cálculo de la componente horizontal del campo magnético terrestre. A continuación anotaremos los datos obtenidos en la siguiente tabla.






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Tabla 2 1

2

3

4

5

10

10

10

10

10

135.31

134.13

133.91

134.31

135.21

13.531

13.413

13.391

13.431

13.521

0.082

0.0575

13.4574

4. Cuestionario: I.

Utilice la ecuación (6) para calcular la magnitud de la componente horizontal del campo magnético terrestre en el laboratorio. Compara tu respuesta para el campo magnético de la tierra en el laboratorio con el valor teórico obtenido del modelo de referencia del campo geomagnético 2000, que se encuentro en la página web en línea http://www.ngdc.noaa.gov/cgi-bin/seg/gmag /fldsnth2.pl Tabla 3 – coordenadas geográficas y altura en msnm en el patio de la FCF usando un GPS de 100m de resolución espacial.

#

LATITUD

LONGITUD

ALTURA

HORA

LUGAR

1

12º 03’ 36”

77º 04’ 54”

95 m

12:51:00

Patio de la Facultad de Ciencias Físicas

  I = 5.949*10-6 kg/m2 d = 0.082 m

√ √       

-9

24729*10






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k = 10-7 Wb/Am

Reemplazando los datos en (6):

√ √                            Usando el enlace escrito en la parte superior calculamos el campo magnético de la tierra para estas coordenadas el cual resulta ser el siguiente:

Comparando los resultados obtenidos en ambas partes para la componente horizontal del campo magnético para estas coordenadas podemos concluir que las diferencias expresadas entre ambos resultados se deben principalmente a variaciones de las medidas por errores de medición mínimas, ya que el valor de la variación entre ambos resultados es muy pequeña. Esta variación también puede deberse a las condiciones del laboratorio debido a la presencia de agentes perturbadores del campo magnético como por ejemplo instrumentos electrónicos y eléctricos presentes cerca del área de trabajo que podrían haber afectado las mediciones.

II.

¿Qué fuentes de error considera usted que han afectado a los resultados que han han obtenido? ¿Cómo podrían superarse estos errores?

Una de las principales causas es la perturbación del campo magnético debido a agentes presentes cerca del área de trabajo, los cuales pueden ser descritos como cualquier instrumento magnético, eléctrico y electrónico. En nuestra experiencia todo el grupo contaba con celulares y algunos contaban con gafas y anillos, lo cual








III.

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El error de los instrumentos del laboratorio, aun cuando se esté utilizando estos instrumentos siempre cuentan con un margen de error. Grafique la línea de fuerza de la barra magnética, señalando la posición de los polos magnéticos y las distancias y . (Ver hoja milimetrada anxada)

IV.

¿Cuáles son las características del campo magnético terrestre? ¿Cuál es el comportamiento de una barra magnética dentro de un campo magnético?

El campo magnético terrestre es el mismo que el exterior a una esfera imantada uniformemente. La dirección de la supuesta imantación interna forma un ángulo de unos 15° con el eje terrestre Las líneas de inducción salen de la superficie terrestre por todo el hemisferio sur magnético y entran por el hemisferio norte magnético. Su campo magnético en todos los puntos exteriores es el mismo si es debido a una pequeña barra imanada cercana a su centro Al introducir una barra imantada en un campo magnético, esta se dispone si esta libre para girar de modo que su eje coincida con la dirección del campo exterior en cual está colocada. El porqué la orienta en la dirección del campo se le atribuye frecuentemente a fuerzas ejercidas sobre los polos del imán.

V.

¿En qué lugar de la Tierra los componentes horizontal y vertical del campo magnético terrestre son máximos? ¿Por qué? Explique gráficamente

En el Ecuador magnético, el campo magnético terrestre no es horizontal; el ángulo que






5. Conclusiones y Sugerencias:

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