Instituto Tecnológico de Veracruz
Campo magnético terrestre
Alumno
Aldo Bazán Bazán De La Cruz
Nombre del maestro
Ing. Raymundo Escalante Wong
Materia Física I
19/05/2010
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INTRODUCCION El rol de un ingeniero abarca diferentes modalidades; pues en su labor debe aplicar los conocimientos que le aportan las ciencias para solucionar problemas y mejorar la calidad de vida del hombre; la física representa una de las herramientas más importantes para ese fin, el ingeniero debe conocer por tanto cuáles son esas características de la naturaleza y ver cómo puede utilizarlas para el beneficio de la sociedad. Durante este curso de física hemos abarcado varios aspectos del comportamiento de las cargas eléctricas: electrostática y electrodinámica, ahora nos adentramos en el conocimiento del electromagnetismo, es decir de la relación entre los fenómenos magnéticos y eléctricos; para conocerlo es necesario primero tener la capacidad de explicar el concepto de campo magnético, así como describir las distintas fuentes naturales y artificiales de estos. El campo magnético terrestre es el más grande de todos, y es un caso especial, además tiene impacto es muchos aspectos humanos. Este trabajo pretende proporcionar al alumno un conocimiento global del campo magnético terrestre y en especial del impacto que tiene este en todos los fenómenos magnéticos del hombre.
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DESARROLLO
A partir del siglo XVI los científicos se dedicaron a investigar el comportamiento de la Tierra como un gigantesco imán y sus características magnéticas contribuyendo de manera fundamental a aumentar el conocimiento y la comprensión del campo magnético terrestre. Desde muy antiguo el hombre conoce la existencia del campo magnético terrestre aun sin saber que era, el ejemplo más claro es su aplicación a la navegación a través de la brújula. En el año 1600, el físico inglés William Gilbert talló un imán en forma de bola y estudió la distribución del campo magnético en su superficie, encontrando que la inclinación del campo en este coincidía con lo que se sabía acerca de la distribución del campo terrestre. Concluyó que la Tierra era un gigantesco imán esférico.
La Tier ra act ua c om o im án El núcleo terrestre está formado por una aleación de hierro y níquel fundidos, que confieren a la Tierra propiedades magnéticas. Con base en que los polos del mismo nombre de dos imanes se repelen y los de nombre contrario se atraen. El polo norte de la aguja de una brújula apunta al polo norte geográfico, porque la Tierra misma es un imán: el polo sur de este imán está cerca del polo norte geográfico y, como los polos contrarios de dos imanes se atraen mutuamente, resulta que el polo norte de la brújula es atraído por el polo sur del imán terrestre, que está en las proximidades del polo norte geográfico.
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Los polos norte y sur geográficos son los dos puntos donde el eje de rotación de ¡a Tierra corta a la superficie terrestre. Normalmente, la aguja de la brújula se desvía hacia el Este o hacia el Oeste del norte geográfico. Este ángulo de desviación se denomina declinación. 1 Por su parte la inclinación magnética , es una propiedad del campo magnético terrestre que señala el centro de la Tierra. Es cero en el ecuador y de 90º en el polo magnético. La
fuerza
componentes:
una
magnética horizontal
y
tiene otra
dos vertical.
Mientras la horizontal es la responsable de que la aguja del compás se oriente hacia el norte magnético, la vertical tiene influencia sobre la estabilidad de la aguja o la rosa y tiende a inclinarla hacia el norte o el sur en función del hemisferio en que se esté. Cerca del polo Norte casi toda la fuerza magnética es horizontal, mientras la vertical es prácticamente imperceptible. Cuando el desplazamiento es hacia el hemisferio sur, la componente vertical aumenta, esto es debido a que la fuerza del campo magnético apunta hacia el norte a través del núcleo de la Tierra, no de su superficie. El valor de la inclinación, al igual que el de la declinación, es diferente de un punto a otro de la superficie de la Tierra. 2. La declinación magnética en un punto de la tierra es el
ángulo comprendido entre el norte magnético local y el norte verdadero geográfico terrestre. Es la diferencia entre el norte geográfico y el indicado por una brújula. Por convención, la declinación es considerada + cuando el norte magnético se encuentra al este del norte geográfico, y - si se encuentra al oeste.
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El alineamiento en general Norte-Sur de las líneas magnéticas, de acuerdo con el eje de rotación terrestre, sugiere que el campo, en lo fundamental; constituye un dipolo. Resulta inclinado unos 110 respecto al eje de rotación terrestre, y presenta considerables irregularidades (no corresponde al campo de un dipolo perfecto).
Origen del magnetismo terrestre El magnetismo de la Tierra es el resultado del movimiento que se produce dentro de ella. Los estudios geológicos dictan que el núcleo interno de hierro y níquel (sustancias altamente magnéticas) es líquido, mientras el núcleo externo es sólido debido a la presión, ( su radio excede de los 3.400 km) considerado como un imán permante. Sin embargo, las sustancias ferromagnéticas, como el hierro y el níquel, pierden su magnetismo por encima del denominado punto de Curie, que es de 770 °C para el hierro y de 360 °C para el níquel. Como la temperatura del núcleo es superior a estos valores (es mayor de 2.000 0C), ni el níquel ni el hierro pueden conservar su ferromagnetismo. El núcleo terrestre no puede ser, pues, un imán permanente. Las teorías actuales para explicar su origen sugieren la existencia en el núcleo de la Tierra de fenómenos semejantes a los de una dinamo autoexcitada3. Los estudios geofísicos sugieren que son las corrientes de convección, que se producen dentro del mismo, crean un gigantesco campo magnético. El núcleo sólido interno gira más despacio que el núcleo exterior, explicándose así el traslado hacia el Oeste.
3. El fenómeno se basa en que el movimiento de circulación de material conductor en presencia de un campo magnético genera corrientes eléctricas que, a su vez, realimentan el campo inductor. 5
Inten sid ad d el cam po m agn é tico La intensidad de un campo magnético se mide en gauss. El campo magnético terrestre es bastante débil, del orden de 0,3 gauss en las proximidades del ecuador y de 0,7 gauss en las regiones polares. La intensidad varía en diferentes puntos de su superficie. Para medir la intensidad se utilizan aparatos llamados magnetómetros. Esto se produce porque las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios de año en año. Variación secular
Las variaciones temporales del campo magnético terrestre, de periodo tan largo que sólo se aprecian al comparar valores medios anuales durante varios años, reciben el nombre de variación secular . Un fenómeno de la variación secular hace referencia a que la distribución del campo geomagnético se mueve lentamente hacia el Oeste. Se calcula que el campo magnético tiende a trasladarse hacia el Oeste alrededor de 20 km. por año. El promedio de avance es del orden de 0,18v de longitud por año. A esta velocidad, la distribución del campo daría la vuelta completa a la Tierra en unos 2.000 años. A diferencia de las tempestades magnéticas, que ocurren por causas externas, las anomalías alargo plazo y su marcha hacia el Oeste se deben a causas localizadas en el interior de la Tierra. Los cambios internos tienen lugar de modo muy lento y abarcan hasta millares de millones de años. En comparación, dos mil años es, pues, un tiempo muy corto. Este elemento constituye una de las claves fundamentales en el estudio del magnetismo terrestre. A pesar de este desplazamiento se cree que el eje sobre el que gira la Tierra ha sido siempre el mismo. Mediante estudios realizados en rocas, y en las anomalías magnéticas de las cuencas de los océanos, se ha calculado que el campo magnético ha invertido su polaridad alrededor de 170 veces en los últimos 100 millones de años. Esto se ha podido realizar a partir de los isótopos radiactivos de las rocas. 6
El paleomagnetismo es la ciencia que estudia el magnetismo antiguo de la Tierra. El fundamento dé esta disciplina es la propiedad que tienen ciertas rocas en las que existen granos de minerales magnéticos, como la magnetita, de adquirir una imantación inducida por el campo magnético terrestre y en su misma dirección. Cada grano de magnetita se convierte así en un pequeño imán. Una roca que contenga este mineral tendrá una imantación que será la suma de la de todos sus pequeños granos de magnetita. Esta imantación tiene la propiedad de que, aunque cambie después la dirección del campo magnético terrestre, ella permanece inalterada y se conserva constante. El estudio de la imantación de rocas antiguas permite conocer la dirección que tuvo el campo magnético terrestre en otras épocas. Imp or tanc ia del camp o m agn é tic o terres tre
El campo magnético es un escudo que protege la tierra del viento solar y las radiaciones cósmicas. Sin este escudo la tierra sería blanco directo de estas radiaciones y posiblemente no sería posible la vida en la tierra, este escudo por una parte desvía una gran parte de estas radiaciones que siguen su trayectoria sin tocar a la tierra, y una parte que si penetra es captada en el campo magnético y evita que toque la superficie y es llevada a los polos donde es en parte disipada entre otros fenómenos, por el efecto de las Aurora Boreales. Aunque el polo norte magnético está actualmente situado a una distancia de 1.800 km del polo norte geográfico sigue siéndonos útil para orientarnos, lo mismo hacen muchos animales, utilizar los polos magnéticos como puntos de referencia para orientarse y conocer su posición. Se podría decir que algunas especies animales tiene un sexto sentido capaz de percibir el campo magnético y así poder orientarse. En lo que respecta a los seres humanos
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CONCLUSIONES
El campo magnético terrestre ha sido objeto de estudio de la humanidad desde hace miles de años, basado en su estudio los navegantes utilizaron la brújula sin la cual no serian posibles grandes descubrimientos actuales. En el siglo XVII W. Gilbert concluyo que la Tierra era un gigantesco imán esférico y a partir de entonces comenzaron las investigaciones por esclarecer el origen y las características del campo magnético terrestre, se ha sugerido que el Fe y él Ni que se encuentran en el núcleo terrestre por sus propiedades ferromagnéticas actúan como un imán, además de las corrientes de convección del magma terrestre que generan un gigantesco campo magnético. El campo magnético terrestre tiene su polo norte en el polo sur geográfico y el sur magnético en el norte geográfico. Se conoce como declinación a la desviación que sufre la aguja de una brújula
entendido como el ángulo entre
ambos polos nortes. Por otra parte la inclinación magnética es otra propiedad que señala el centro de la tierra: es cero en el ecuador y de 90º en el polo magnético. La intensidad del campo varia de un punto de la Tierra a otro, se mide en Gauss y es mayor en los polos. A través del estudio de rocas, el paleomagnetismo ha calculado que el campo magnético de la Tierra se mueve lentamente hacia el Oeste, alrededor de 20 km por año en lo que se conoce como variación secular, se ha calculado que este ha invertido su polaridad alrededor de 170 veces en los últimos 100 millones de años. El campo magnético es un escudo que protege la tierra del viento solar y las radiaciones cósmicas Sin él la vida en la Tierra no sería posible, además de que muchos animales tienen una especie de sexto sentido para orientarse en sus migraciones en base a este.
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BIBLIOGRAFIA
1. FISICA Conceptos y Aplicaciones, Tippens, McGraw Hill 2. http://www.portalplanetasedna.com.ar/magnetismo.htm 3.
http://www.practiciencia.com.ar/ctierrayesp/tierra/estructura/campomag/inde x.html
4.
http://cl.kalipedia.com/fisica-quimica/tema/graficos-campo-magneticoterrestre.html?x1=20070924klpcnafyq_245.Ges&x=20070924klpcnafyq_336 .Kes
5. http://escuadrondelaverdad.wordpress.com/2009/06/10/la-tierra-pierdeatmosfera-el-campo-magnetico-terrestre-mas-debil-de-lo-que-se-pensaba/ 6. http://www.psiquica.es/campomagnetico/efectocampomagneticotierra.html 7. http://www.gtnautica.com/notas/inclinacionmagnetica.html
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