1.-INTRODUCCIÓN

El campo magnético terrestre es un fenómeno natural originado por los movimientos de metales líquidos en el núcleo del planeta y está presente en la Tierra y en otros cuerpos celestes como el Sol. Se extiende desde el núcleo atenuándose progresivamente en el espacio exterior (sin límite), con efectos electromagnéticos conocidos en la magnetosfera que nos protege del viento solar, pero que además permite fenómenos muy diversos como la orientación de las rocas en las dorsales oceánicas, la magnetorrecepción de algunos animales y la orientación de las personas mediante brújulas. Una brújula apunta en la dirección Sur-Norte por tratarse de una aguja imantada inmersa en el campo magnético terrestre: desde este punto de vista, la Tierra se comporta como un imán gigantesco y tiene polos magnéticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geográficos. El Polo Norte Magnético se encuentra a 1800 kilómetros del Polo Norte Geográfico. En consecuencia, una brújula no apunta exactamente hacia el Norte geográfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinación magnética. La declinación magnética depende del lugar de observación, por ejemplo actualmente en Madrid (España) es aproximadamente 3º oeste. El polo Norte magnético está desplazándose por la zona norte canadiense en dirección hacia el norte de Alaska.

2.-MARCO TEÓRICO

Imán

Son aquellos cuerpos que pueden ser naturales o artificiales; o bien permanentes o temporales que tienen la propiedad de producir un campo magnético en su exterior, el que es capaz de atraer al hierro, así como también al níquel y al cobalto. Entre los cuerpos que poseen “magnetismo” en forma natural tenemos a la magnetita (Fe3O4).Hoy sanemos que los átomos de una sustancia magnetita (imán) son ellos mismos pequeños imanes, la causa de este magnetismo de los átomos es el movimiento de los electrones .Lo átomos de un material no magnético (madera) no poseen esta propiedad.

Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán natural o por la acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electro imanación). Y un imán temporal pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Dichos imanes están fabricados en hierro dulce (con un contenido muy bajo en carbono).

Polos de un imán

Se llama polo magnético o polos del imán a las zonas donde se concentran los efectos magnéticos externos del imán. Si se suspende el imán de manera que puede oscilar libremente, adoptará siempre la misma posición coincidiendo su eje con el meridiano geográfico. El polo que se orienta hacia el norte geográfico se llama polo norte magnético (N) y el otro se llama polo magnético sur (S). A la parte intermedia se llama zona neutra.

Sustancia Magnética

Está constituido por pequeños imanes moleculares alineados perfectamente, Un iman puede perder sus propiedades magnéticas fundamentalmente a dos razones:

1. Cuando se golpea bruscamente provocándole un desorden molecular

2. Cuando es calentado hasta alcanzar un temperatura característica conocida con el nombre de temperatura de CURIE

Sustancia Temperatura (°C)

Hierro 750Niquel 350

Cobalto 1100Ferrita 218

Magnetismo Terrestre

El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinámica, ya que su núcleo de hierro de la

Tierra no es sólido. Por otra parte, en la superficie terrestre y en la atmósfera se generan

diversas corrientes eléctricas producidas por diversas causas, además de un intercambio

constante de electricidad entre el aire y la Tierra.

Angulo de declinación (δ )

El norte de la aguja de u a brújula equilibrada no señala exactamente el Norte geográfico de la tierra, esto se debe a que los polos magnéticos de la tierra no coinciden con los polos geográficos terrestres.

El ángulo “δ” entre la aguja equilibrada en un plano horizontal y el meridiano terrestre es llamado ángulo de declinación .Este ángulo varía de un lugar a otro.

Angulo de inclinación (i)

Analizando las líneas de fuerza del campo magnético terrestre, en muchos puntos de la superficie se observa que estas líneas magnéticas son inclinadas con respecto la horizontal formando un ángulo denominado “ángulo de inclinación”.

La inclinación magnética varia de un lugar a otro. Con una brújula la inclinación magnética se mide equilibrando la aguja en un plano vertical.

3.-MATERIALES

- 1 Magnetómetro

- 1 Balanza de 3 pesas

- Barra de metal , imán , brújula

- 1 Cronometro

-1 Vernier

4.-PROCEDIMIENTOS

4.1 Examine y reconozca cada uno de los materiales de su equipo. Realice las calibraciones de los equipos.

Primero examinamos y calibramos los equipos que vamos a utilizar

4.2 Utilice la balanza de masas y mida el valor de la masa de la barra magnética, M, en kilogramos. Con el vernier mida las dimensiones, “a” y “b”, de la barra magnética. A partir de estos datos medidos halle el momento de inercia de la barra magnética usando la siguiente expresión:

Anote los resultados en la tabla 1

Tabla 1

MASA LONGITUD ANCHOMOMENTO DE INERCIA

M(kg) a(m) b(m) I (kg-m2)

19g 6.1*10-2 0.6*10-2 5.949x10-6

4.3 Determina la distancia, L, entre los polos magnéticos del imán. Para ello utilice la brújula. Antes de realizar la medición desaloje de la mesa de trabajo todo material magnético, como por ejemplo, reloj, anillos, gafas, etc. Coloque la barra magnética en el centro de la mesa y con la ayuda de la brújula trace algunas líneas de fuerza, que se salgan de los polos.

Prolongando las líneas trazadas en la dirección en que ellas parecen converger para encontrar la posición de los polos magnéticos. Observe la Figura 4, mida la distancia L (distancia entre los polos magnéticos), y anote el valor en la Tabla 2.

L

Figura 4

Determinamos la distancia L entre los polos magnéticos del imán. Esto lo hacemos colocando la barra al centro de la mesa y trazando las líneas de inducción magnética del imán, esto lo hacemos prolongando la dirección de las líneas de inducción que se pueden notar al acercar una brújula a la barra en el que obtuvimos L=0.055m

4.4 Determine la dirección del campo magnético terrestre, retirando lo más lejos posibles la barra magnética y coloque la brújula en el centro de la mesa. Trace la dirección del campo magnético terrestre.

4.5 Trace una perpendicular a la dirección del campo magnético terrestre y sobre esta recta alinee la barra magnética, tal como se muestra en la Figura 3. El punto P es la intersección de las dos rectas que se han trazado.

4.6 Coloque la brújula en el punto P. Acercándose o alejando la barra magnética al punto P se consigue que las agujas de la brújula formen un ángulo Φ = 45º. En esa posición mida la distancia “d” y registre este dato en la Tabla 2.

4.7 Suspenda la barra magnética en la horquilla del magnetómetro y alinéela en la dirección del campo magnético terrestre. Con la ayuda de otra barra magnética produzca oscilaciones con ángulos de giro no mayores de 10º, que no tenga vibraciones laterales. Retire todos los cuerpos magnéticos una vez que la barra esté oscilando.

Por último suspendemos la barra en la orquilla del magnetómetro y lo alineamos con la dirección del campo magnético terrestre. Con la ayuda de otra barra producimos oscilaciones con ángulos de giro no mayores de 10º. Medimos el periodo de esta oscilación y anotamos.

5.- CONCLUSIONES

En esta práctica hemos estudiado el componente horizontal (tangencial) del campo terrestre, para ello nos hemos basado en relaciones, primero en la fuerza que hace un imán tienda a su posición de equilibrio, suspendiendo la barra magnética en la horquilla del magnetómetro y desviándolo un cierto ángulo 10º hemos podido hallar una relación entre el momento magnético del imán y la componente tangencial del campo en el que se mueve, que en este caso es el terrestre también medimos el tiempo que emplea la barra magnética en realizar 10 oscilaciones completas y determinamos su periodo.

También empleamos brújulas sobre la barra magnética que al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético, nos indicaron la dirección y el sentido de la intensidad del campo B Hemos analizado mediante esta práctica el comportamiento de una barra magnética en un campo magnético. En resumen con los datos que hemos obtenido hemos llegado a unos valores próximos del periodo.

6.- CUESTIONARIO

1. Con la ecuación (6) para calcular la magnitud de la componente horizontal del campo magnético terrestre en el laboratorio. Compare su respuesta para el campo magnetico de la tierra en el laboratorio con el valor teorico obtenido del modelo de referencia del campo geomagnetico 2000, que se encuentra en la página web en linea http://www.ngdc.noaa.gov/cgi-bin/seg/gmag/fldsnth2.pl ydiscuta las razones para la discrepancias en loa resultados.

Tabla 3 - Coordenadas geográficas y altura en msnm en el patio de la FCF usando un GPS de 100 m de resolución espacial.

# LATITUD LONGITUD ALTURA HORA LUGAR

1 12° 03’ 36’’ 77° 04’ 54’’ 95 m 12:51:00 Patio de la Facultad de Ciencias Físicas

Por medio de los datos obtenidos en la experiencia, los cuales han sido colocados en las tablas, reemplazándolos en la ecuación (6) obtenemos que la intensidad del campo obtenidoserá:

Bx=4.5147x10-4

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

La cercanía de cualquier tipo de cuerpos magnetizados pudo haber alterado la dirección que marcaba la brújula; (ejemplo: la presencia cercana de un imán).La falta de precisión de los instrumentos utilizados para hallar los polos magnéticos.El movimiento pendular no fue el ideal, dependía de la habilidad del experimentador.El cronometro deben estar buenas condiciones antes de empezar el laboratorio.

Esto inconvenientes se podrían superar tratando de “aislar” el área de trabajo de cualquier objeto magnético que pueda perturbar el experimento y trabajar usando correctamente los materiales como la brújula en la barra magnética para evitar descomponerla o romper

3. Grafique la línea de fuerza de la barra magnética, señalando la posición de los polos magnéticos y las distancias L y d.

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

Las características son:El campo magnético terrestre es uniforme. La intensidad del campo es proporcional a la fuerza que ejerce sobre un imán.La intensidad del campo es mayor cerca de los polos y más débiles cerca de la línea ecuatorial.La declinación es positiva para una desviación hacia el este del campo con respecto al norte verdadero.

Cuando una barra magnética es introducida en un campo magnético suspendida con un hilo delgado forma un ángulo con la componente horizontal del campo magnético terrestre e inicia un movimiento oscilatorio debido al torque producido por la fuerza magnética que actúa sobre la barra magnética.

Cuando un pequeño imán permanente se sitúa en el interior de un campo magnético, tiende a orientarse por sí mismo, de modo que el polo norte señale en la dirección y sentido de B. Existe una fuerza f1 actuando sobre el polo norte en la dirección y sentido de B y otra, f 2, igual pero opuesta, sobre el polo sur. La intensidad del polo del imán q se define como el cociente entre el valor de la fuerza ejercida sobre el polo y el valor del campo magnético: q =f / B Si adoptamos el convenio de signos de que el polo norte es + y el polo sur -, la fuerza sobre un polo puede escribirse vectorialmente como: f⃗=q . B⃗

A partir de : d F⃗=I d⃗l × B⃗

Vemos que existe un momento o par que actúa sobre un imán situado en un campo magnético. Si l es un vector que señala del polo sur al polo norte con el valor de la distancia entre ellos el momento es

τ⃗= I⃗ × f⃗= I⃗ ×q . B⃗=q . I⃗ × B⃗

La unidad de m en el SI es el ampere-m2 (A-m2) al ser (A-m) la unidad de la intensidad del polo (q), así el par sobre el imán en función de m:

τ⃗=m⃗× B⃗

Las líneas de B se dibujan al igual que se hizo con E, es decir, paralelas a B en cada punto e indicando el módulo mediante la densidad de líneas

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

Las líneas de fuerza del campo magnético terrestre tienen su poder máximo en las cercanías de los polos magnéticos, pero la fuerza horizontal la tiene en las cercanías del ecuador magnético. En cualquier otro punto intermedio, la línea de fuerza total se descompone en: a) Un componente vertical llamado Z. b) Un componente horizontal llamado H. A medida que la latitud magnética aumenta, la componente horizontal H va decreciendo, en consecuencia la fuerza directriz que mantiene a la aguja de un compás en el meridiano magnético, irá disminuyendo. En las vecindades de los polos magnéticos la componente horizontal H es cero y el compás magnético no se orienta. Supongamos un lugar A, mostrado en la figura con una línea de fuerza total T, a un ángulo de inclinación θº de ella se deduce