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7/24/2019 Campo-Magnetico-Terrestre-.docx

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Universidad Nacional Mayor De SanMarcos

(Universidad Del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

Facultad de Ciencias FísicasDepartamento Académico de Física Interdisciplinaria

Experiencia N° 7“Campo Magnético Terrestre: Componente

Horizontal”

E.A.P. 07.2 INGENIERA !UMI"A

"URS# $A%#RA&#RI# DE 'SI"A III

A$UMN#S

GUERRA %$AN"AS (UAN MANUE$)00700*2$ANDE# $#+AN#, IRMA -ANI+

)00700*$AR&IGA /EN&#"I$$A,'ERNAND# )0070)2MA"A$UPU RI/ERA -U$IANA)00700*

PR#'ES#RA ME(A SAN&I$$1N, M-RIAM

'E"A DE REA$I+A"I#N 23 4 )0 4 )2

'E"A DE EN&REGA 05 4 )) 4 )2



$ a 6 o r a o r i o d e E l e c r i c i d a d y M a8 n e i s 9 o

E x p e r i e n c i a N ° 7: "a9po Ma8n;ico&erresre: "o9ponene ori<onal

1

Ciudad Universitaria, Noviembre del 212!I"A#$%&U

&A%$A DE "#N&ENID#

$'ina

abla de Contenido

***********************+**++*++1 b-etivos*++

**************************+*++++**++*

2 "arco e.rico

*******************************/ $rocedimiento %0perimental*+************+***+

*++**+++* Cuestionario**************************

****++*+11 Conclusiones recomendaciones*************++++

***+*+++13 4ibliora5ía**************************++

+***++**16





2

#%(E&I/#S

Determinar por si9er=a la Componente 7ori8ontal del Campo

"anético errestre en un punto (laboratorio) con auda de una

br9-ula, rela transportador+ Determinar eométricamente los polos manéticos de un cuerpo

maneti8able+

• Determinar las características del campo manético de la tierra+

• Anali8a el comportamiento de una barra manética en un campo

manético+





/

"AMP# MAGN>&I"# &ERRES&RE

"o9ponene ori<onal

E?PERIEN"IA N° 7

MAGNE&ISM#

%l manetismo es un 5en.meno 5ísico caracteri8ado por el :ec:o de

;ue, los cuerpos ;ue poseen esta propiedad, e-ercen 5uer8as deatracci.n repulsi.n sobreotros ob-etos+ Determinadosmateriales poseencaracterísticas manéticas se conocen por tanto comoimanes o manetos+ odo im'ntiene dos polos< el polo norte el polo sur (dipolo manético)+ =euramente, usted conoce lassiuientes 5ormas de imanes<





3

Ambos polos atraen ob-etos ;ue, por lo menos parcialmente, est'nconstituidos por materiales 5erromanéticos+

Maeriales dia9a8n;icos$lata, cobre, bismuto, aua+ >stos aten9an mu poco el campo, esdecir, no son manéticos+Maeriales @erro9a8n;icos7ierro, cobalto, ní;uel >stos intensi?can el campo considerablemente+Maeriales para9a8n;icos$latino, aluminio, aire+ >stos intensi?can el campo mu levemente+

"AMP# MAGN>&I"# DE $A &IERRA

7aciendo una simpli?caci.n, la tierra sepuede considerar como un im'n de barra,;ue e-erce una 5uer8a de atracci.n repulsi.n sobre otros imanes+ $or estara8.n, como bien se sabe, la au-aimantada de una br9-ula se orienta :acialos polos de la tierra, a lo laro de laslíneas de campo+ ambién parece ;ue

alunos animales, como las palomas,utili8an el campo manético de la tierrapara orientarse+

%l polo norte de una br9-ula indicaapro0imadamente la direcci.n del polo norte eor'?co+ %n este caso,aparentemente, e0iste una contradicci.n con la rela de los polos(polos opuestos @ atracci.n)+ %n realidad, el Bim'n de barraBterrestre se encuentra polari8ado inversamente, est' contenido en el

n9cleo lí;uido e0terior de la tierra tiene una inclinaci.n de unos 12con respecto al e-e de rotaci.n de la tierra+

#ri8en del ca9po 9a8n;ico erresre

%l n9cleo interno de la tierra es s.lido el n9cleo e0terno es lí;uido+%n el n9cleo lí;uido e0terior se produce la convecci.n (movimientocircular) de la me8cla lí;uida de :ierro, ní;uel a8u5re, lo ;ue causauna corriente eléctrica de manitud inimainable+ %sto oriina unainducci.n electromanética en el n9cleo de la tierra, ;ue produce, a

su ve8, un iantesco campo manético+





6

$a 6rBCla

Una br9-ula consta b'sicamente de un im'n apoado .ptimamente, lo;ue le permite rotar libremente+ $or lo eneral, la br9-ula tiene una5orma pe;uea sus e0tremos terminan en punta+ $or esta ra8.n se:abla de la au-a imantada de la br9-ula+ 4a-o el e5ecto del campomanético de la tierra, la au-a se orienta siuiendo el sentido de laslíneas de campo+ %s decir, el polo norte de la br9-ulaseala apro0imadamente en la direcci.n del polo norteeor'?co+

Ubicaci.n eor'?ca de los polos

%n realidad, el polo manético sur de la tierra ;ueda cerca del poloeor'?co norte+ %n el mapa se puede ubicar e0actamente el polomanético a E3 de latitud norte 1 de lonitud oeste+

%l polo manético norte ;ueda en el plano e0actamente a E2 delatitud sur 166 de lonitud este+

=e debe tener en cuenta ;ue los polos manéticos se despla8anlentamente+ !os valores mencionados se re?eren a mediciones de losaos E+

$a a8CBa de la 6rBCla

%n esta secci.n se conocer' la br9-ula se medir' con ella el campomanético de la tierra+

Colo;ue la br9-ula sobre la mesa observe la direcci.n ;ue indica laau-a+ ire la br9-ula repetidamente en di5erentes direcciones+ GC.mose comporta la au-aH

$a a8CBa se oriena sie9pre en la 9is9a direccin.





%n la r'?ca, la br9-ula est' rotulada con los puntos cardinales+ GCu'les la rotulaci.n correctaH

GCu'l es la polaridad del lado de la au-a manética ;ue se orienta:acia el polo norte eor'?coH

2.4 MA&ERIA$ES





E

'UNDAMEN&# &ERI"#%l estudio del comportamiento delos imanes pone de mani?esto lae0istencia en cual;uier im'n dedos 8onas e0tremas o polos endonde la acci.n manética esm's intensa+ !os polosmanéticos de un im'n no sone;uivalentes, como lo prueba el

:ec:o de ;ue en5rentando dosimanes idénticos se observenatracciones o repulsiones mutuasse9n se apro0ime el primero alseundo por uno o por otro polo+

$ara distinuir los dos polos de unim'n recto se les denomina polo norte polo sur+ %sta re5erenciaeor'?ca est' relacionada con el :ec:o de ;ue la ierra se comporte

como un ran im'n+ !as e0periencias con br9-ulas indican ;ue lospolos del im'n terrestre se encuentran pr.0imos a los polos =ur Norte eor'?cos respectivamente+ $or tal motivo, el polo de labr9-ula ;ue se orienta apro0imadamente :acia el Norte terrestre sedenomina polo Norte el opuesto constitue el polo =ur+ al distinci.nentre polos manéticos se puede e0tender a cual;uier tipo deimanes+

!as e0periencias con imanes ponen de mani?esto ;ue polos del

mismo tipo (N#N =#=) se repelen polos de distinto tipo (N#= =#N)se atraen+ %sta característica del manetismo de los imanes 5uee0plicada por los antiuos como la consecuencia de una propiedadm's eneral de la naturale8a consistente en lo ;ue ellos llamaron la Jatracci.n de los opuestos K+

tra propiedad característica del comportamiento de los imanesconsiste en la imposibilidad de aislar sus polos manéticos+ Así, si secorta un im'n recto en dos mitades se reproducen otros dos imanescon sus respectivos polos norte sur+ L lo mismo suceder' si se repite

el procedimiento nuevamente con cada uno de ellos+ No es posible,entonces, obtener un im'n con un solo polo manético seme-ante a





M

un cuerpo carado con electricidad de un solo sino+ Dic:ae0periencia 5ue e5ectuada por primera ve8 por $ererinus, sabio

5rancés ;ue vivi. sobre 12E a ;uien se debe el per5eccionamientode la br9-ula, así como una importante aportaci.n al estudio de losimanes+

A di5erencia de lo ;ue sucede con una barra de 'mbar electri8ada por5rotamiento #la cual atrae :acia sí todo tipo de ob-etos con lacondici.n de ;ue sean lieros#, un im'n ordinario s.lo e-erce 5uer8asmanéticas sobre cierto tipo de materiales, en particular sobre el:ierro+ %ste 5ue uno de los obst'culos ;ue impidieron unaapro0imaci.n m's temprana entre el estudio de la electricidad el

del manetismo+ !as 5uer8as manéticas son 5uer8as de acci.n adistancia, es decir, se producen sin ;ue e0ista contacto 5ísico entre losdos imanes+ %sta circunstancia, ;ue e0cit. la imainaci.n de los?l.so5os antiuos por su di5ícil e0plicaci.n, contribu. m's adelanteal desarrollo del concepto de campo de 5uer8as+

%0periencias con imanes dinam.metros permiten sostener ;ue laintensidad de la 5uer8a manética de interacci.n entre imanesdisminue con el cuadrado de la distancia+ &epresentando por Fm la

5uer8a manética, por r la distancia por F12 @ +I1,I2+!O2+P+r elsímbolo de la proporcionalidad directa, tal propiedad se e0presa en la5orma

T =2π √ I

μ B x

(1)

Donde<

I : "omento de inercia de la barra con respecto al e-e de rotaci.n,

μ es el momento manético de la barra B x es la componente

:ori8ontal del campo manetico terrestre+ $or de?nici.n, el momentomanético de la barra esta dado por<

μ=mL

(2)





donde, m es la Bcara manéticaB o también llamada BmasamanéticaB ! es la distancia entre las Bmasas manéticasB+ De la

ecuaci.n (1) se deduce ;ue<

B x=4 π

2 I

μT 2

(/)

%l momento de inercia de una paralelepípedo rectanular de masa ";ue ira alrededor de una e-e, est' dado por

I = M

12(a2+b2) (3)

Fiura 2

$or otro lado la manitud la manitud del campo manético 4 de labarra manética, en el punto $, tal como se muestra, se encuentra apartir de la le de coulomb para el campo manético, viene dadapor

B P=

32kmLd

(4 d2+ L2)2 (6)

donde, d es la distancia desde el punto medio de la barra al punto $, m es la masa manética+ %n el =I+

K =10−7 Wb

Am

b

404t





1

Fiura (/)

=i la barra manética se orienta perpendicularmente al campo manéticoterrestre, se encuentra ;ue, en el punto $, el campo manético total, 4t ,est' en la direcci.n como el ;ue se muestra en la ?ura /+ Cuando el 'nuloQ @ 36 entonces el campo manético de la barra es iual a la componente

:ori8ontal del campo manético terrestre, es decir, 4p @ 4:+ Cuando estoocurre la ecuaci.n (6) se trans5orma en

B x= 8 π √ 2kId

T (4 d2− L2)2

PR#"EDIMIEN&# E?PERIMEN&A$

1+ %0amine recono8ca cada uno de los materiales de su e;uipo+&ealice las calibraciones de los e;uipos+

d

$4p

Nm

!

=





11

2+ Utilice la balan8a de masas mida el valor de la masa de la barramanética, ", en Riloramos+ Con el vernier mida las dimensiones SaT

SbT, de la barra manética+ A partir de estos datos medidos :alle elmomento de inercia de la barra manética usando<

I =( a2+b2

12 ) M

Anotar los resultados en la abla 1+

A4!A 1

MASAMF8H

$#NGI&UD

aF9HAN"#6F9H

M#MEN&# DE INER"IAIF8492H

+1MER +M m +/ m 6+M/6 0 1# m2R

bservaci.n< 1 n @ 1 nano tesla @ 1# esla()

/+ Determine la distancia !, entre los puntos manéticos del im'n+$ara ello use la br9-ula+

3+ Determine la direcci.n del campo manético terrestre+ race la

direcci.n del campo manético terrestre+

6+ race una perpendicular a la direcci.n del campo manéticoterrestre sobre esta recta alinee la barra manética, tal como semuestra en la ?ura anterior a esta de arriba+ %l punto $ es laintersecci.n de las dos rectas ;ue se :an tra8ado+

+ Colo;ue la br9-ula en el punto $+ Acercando o ale-ando la barramanética al punto $ se consiue ;ue las au-as de la br9-ula 5ormeun 'nulo de 36+ %n esta posici.n mida la distancia SdT reistreeste dato en la siuiente tabla+

!





12

E+ =uspenda la barra manética en la :or;uilla del manet.metro alinéala en la direcci.n del campo manético terrestre+ Con la auda

de otra barra manética produ8ca oscilaciones con 'nulos maores a1, ;ue no tena vibraciones laterales+

M+ "ida el tiempo ;ue emplea la barra manética en reali8ar 1oscilaciones completas determine su periodo + &epita estamedici.n 6 veces como mínimo reistre estos valores en la tabla<

N D%

"%DICIN%= 1 2 /ND%

=CI!ACIN%= 1 1 1 I%"$< t(s) / 2 2$%&ID< (=) +/ +2 +2 @ +2

! @ +66 m d@ +164:@2/3/+E/

n





1/

"UES&I#NARI#

) Uilice la ecCacin 3 para calcClar la 9a8niCd de laco9ponene ori<onal del ca9po 9a8n;ico erresre enel la6oraorio. "o9para C respCesa para el ca9po9a8n;ico de la &ierra en la6oraorio con el valor ericoo6enido del 9odelo de re@erencia del ca9po8eo9a8n;ico 2000, JCe se encCenra en la pK8ina Le6 enl=nea p:LLL.n8dc.noaa.8ovc8i46inse889a8dsn2.pl y discCa las ra<ones para lasdiscrepancias en los resClados.

Tabla 3.- Coordenadas geográ!as " al#$ra en %sn% en el &a#io dela 'C' $sando $n (P) de *++ % de resol$!in es&a!ial.

O $A&I&UD$#NGI&UD

A$&URA

#RA $UGAR

))2 0*Q*3QQ

770QQQ 5 9

)2:):00

Paio de la 'acCladde "iencias '=sicas

=iendo el valor :allado en el laboratorio para la Componente7ori8ontal del Campo "anético errestreB x ,exp=23439,673nT

L el valor te.rico dado por el Na#ional !eani! A#%os&/eri! Ad%inis#ra#ion FN#AAH en su base de datos Na#ional (eo&/"si!alDa#a Cen#er FNGD"H para la 5ec:a del e0perimento (2#1#12)

los datos dados en la abla /, es iual a

B x ,teo=25425,5nT

Calculando entre ambos valores el error porcentual<

%Error=B x ,teo−B x ,exp

B x ,teo

.100

http://www.ngdc.noaa.gov/cgi-bin/seg/gmag/fldsnth2.pl








13

%Error=25425,5−23439,673

25425,5.100

%Error=7,81

=e trata de un error moderado, el cual se puede oriinar en el:ec:o ;ue estos valores te.ricos dados por el NAA-N(DC, si bienre;uieren una in5ormaci.n bastante e0acta como coordenadas delatitud lonitud, se basan en c'lculos de?nidos por modelosimplementados en convenciones, como la son la I&F 11 la"" 21+

2 !C; @Cenes de error considera Csed JCe an a@ecado alos resClados JCe a o6enido "9o podr=an sCperarseesos errores

Inter5erencias eneradas por la inmensa cantidad de cuerpos5erromanéticos (maneti8ables) presentes alrededor del punto deprueba, radiaciones electromanéticas oriinadas por lastelecomunicaciones, etc + + +!os errores enerados por estas ra8ones, se pueden reducire5ectuando las pruebas en luares mu bien acondicionados

locali8ados, por e-emplo en instalaciones con el menor uso posiblede estos materiales en su estructura ale-ado de una metr.poli+

* GraTJCe la l=nea de @Cer<a de la 6arra 9a8n;ica,

sealando la posicin de los polos 9a8n;icos y lasdisancias $ y d.

Ver r'?ca ad-unta+

"CKles son las caracer=sicas del ca9po 9a8n;icoerresre "CKl es el co9pora9ieno de Cna 6arra9a8n;ica denro de Cn ca9po 9a8n;ico

• %l campo cambia con el tiempo, 5en.meno conocido como la

varia!in se!$lar. Una parte importante de la variaci.n seculares la deriva /a!ia el oes#e, consiste en un movimiento :acia eloeste de las concavidades v conve0idades características de uncampo no dipolar así como el de los propios polos manéticos+





16

%sta es la ra8.n por la ;ue al ca9po 9a8n;ico siempre se leaade una 5ec:a+

•%l campo manético terrestre representa una protecci.n opantalla contra las partículas del viento solar+ %n los momentosde maor debilidad del campo manético, las partículas de altaenería procedentes maoritariamente del =ol puedenatravesarlo inWuendo en el clima terrestre+

omando el principio de una br9-ula, una barra manética seorienta en el plano de la línea de campo ;ue pase por esarei.n espacial, apuntando su polo norte :acia el polo surmanético terrestre+

En JC; lC8ar de la ierra las co9ponenes ori<onal yverical del ca9po 9a8n;ico erresre son 9Kxi9os PorJC; ExpliJCe 8rKTca9ene.

!as componentes ser'n m'0imas dependiendo del luar en;ue se encuentrenX así<

• !a componente :ori8ontal es m'0imo en el ecuador manéticopor el paralelismo entre las tanentes de las líneas de campo la super?cie terrestre+

• !a componente vertical ser' m'0ima en los polos manéticospor la perpendicularidad con la ;ue las líneas de campo S!aenTa la super?cie terrestre+

%sto se e0plica claramente por la similitud ;ue se :ace entre laslíneas de 5uer8a del campo terrestre con las de una es5era

imanada+ %s importante ;ue en realidad el campo manéticoterrestre sea mu complicado, variando irreularmente lainclinaci.n la declinaci.n sobre la super?cie terrestre, variandotambién con el tiempo el ra?co nos muestra un campo manéticoterrestre ideali8ado+





1

"#N"$USI#NES - SUGEREN"IAS

%n esta pr'ctica de laboratorio, se conclue ;ue<

%sta e0periencia nos permite comprender la importancia delcampo manético terrestre, el cual, en la antiYedad, 5ue una:erramienta mu 9til para el transporte marítimointercontinental siempre protee a la tierra de radiacionessolares ;ue, de inresar a la atm.s5era, per-udicarían la vida

terrestre+





1E

%n cual;uier rei.n del espacio, e0iste un campo manético9nico, esto se comprueba evaluando valores de intensidad de

campo para di5erentes luares, en donde se evidencia ;ue las /componentes varían dependiendo ;ue luar del planeta se estéconsultando+

A di5erencia del campo eléctrico de un cuerpo carado (a seapositiva o neativamente), las líneas de campo manético sonlíneas cerradas+ %sto debido a ;ue un cuerpo maneti8ado(diamos un I"ZN) es un dipolo, es decir posee los polos norte sur manéticos en el mismo cuerpo, lo ;ue :ace ;ue laslíneas de campo manético salientes del polo sur manético se

diri-an :acia el polo norte manético, cerrando la línea+

$ara una me-or e0periencia, en esta pr'ctica de laboratorio se suiere;ue<

ener ale-ados de la mesa de traba-o, cual;uier ob-eto5abricado con al9n material 5erromanético ;ue puedainter5erir en las mediciones pertinentes+

Al e5ectuar las oscilaciones de la barra manética, tratar decausar la menor inter5erencia mec'nica debido al contacto+

Visuali8ar la au-a de la br9-ula de manera perpendicular+

Anotar las lonitudes e0actas ;ue nos entrea el Vernier para elc'lculo del "omento de Inercia+

Al determinar los polos manéticos de la barrita, tra8ar unacantidad prudente de tanentes a sus líneas de campo

manético (líneas rectas ;ue de6en ser concurrentes en unpunto al interior de la barrita)+

%I%$I#GRA'A

V)W =abrera Alvarado, &euloX $ére8 errel alter, SFísica III eoría

$roblemasT, $rimera %dici.n [ulio 2, !ima \ $er9, p'+ M # E/+





1M

V2W :ttp<OOtodoes?sica3Elab+blospot+comO21O2O;ui8#2#le#de#

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V*W 000.ele!#roe1$i&os.!o%2&d2l$!as4n$lle2 Sistema

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