Facultad DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMATICA

ESCUELA PROFECIONAL DE FISICA

Tema:

Campo Magnético Terrestre Curso: Laboratorio de Física III Profesor: Soriano Carrillo

Ciclo: IV Integrantes: Codigo:

Clemente Capcha, Miriam…1029120412

Rivero Mavila, luis Javier….1029110156

Marin Sanchez, Laura……….1029120287

Campo Magnético Terrestre

Laboratorio de Fisica III

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Calcular el valor del campo magnético terrestre luego de un análisis vectorial

en el cual este campo y el generado por la bobina del objetivo anterior,

perpendicularmente entre sí, producen un campo magnético resultante cuya

dirección se determinará experimentalmente con un aparato de declinación e

inclinación.

Determinar gráficamente la relación que existe entre el campo magnético

generado por la bobina y la corriente eléctrica que circula por la misma; así

como la relación entre dicho campo y tanѳ.

Comparar el valor experimental obtenido con el valor del campo magnético

terrestre calculado sobre la base de la latitud magnética de El Salvador

Como se sabe, todo imán recto que puede girar en torno a su centro, siempre

se orienta en la dirección Norte - Sur, si no existe en su proximidad ninguna

influencia de origen magnético. En este hecho se basa el funcionamiento de la

brújula.

Las brújulas se orientan de tal modo que su dirección es la dirección del campo

magnético en ese lugar y su polo norte indica el sentido del campo. Cuando

una brújula es afectada por varios campos magnéticos simultáneamente esta

se orienta en la dirección del campo magnético resultante y su polo norte indica

el sentido de éste.

En esta práctica será aprovechado el carácter vectorial del campo magnético

para poder determinar experimentalmente el valor de la componente horizontal

Bh del campo magnético terrestre en el local del laboratorio. Para esto, se

producirá un campo magnético en el centro de una bobina de varias espiras y

dicho campo se orientará perpendicularmente al campo magnético terrestre. Un

aparato de inclinación y brújula indicará la dirección y sentido del campo

magnético resultante en la dirección horizontal, BRh.

Si la aguja de una brújula se suspende con su centro en cojinetes que le

permitan girar tanto en el plano vertical como el horizontal, esta quedara

orientada horizontalmente respecto a la superficie terrestre sólo si se

encontrara cerca del ecuador.

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Si la aguja de una brújula se suspende con su centro en cojinetes que le

permitan girar tanto en el plano vertical como el horizontal, esta quedara

orientada horizontalmente respecto a la superficie terrestre sólo si se

encontrara cerca del ecuador. Cuando este experimento se hace más al norte

del ecuador (por ejemplo en nuestro País) la aguja gira 2verticalmente

formando un ángulo Φi con el plano horizontal, denominado ángulo de

inclinación

El valor del campo magnético en el centro de la bobina se obtiene mediante la

expresión:

B=NuI/2R

(Para una bobina de longitud despreciable respecto a su radio)

corriente que circula por la bobina, " r " el radio de las espiras y N el número de

éstas.

El campo magnético horizontal resultante BRh, es la suma de la componente

horizontal del campo magnético terrestre Bh con el campo magnético de la

bobina Bb

BRh = Bh + Bb

Suma de la componente horizontal del campo magnético terrestre y el campo

magnético de la bobina en el plano horizontal

Si se conoce el valor de Bb entonces se tiene:

B=B/COSα B=BSENα

Conociendo Bh y Φi se puede conocer BT aplicando:

Bt=Bh/cosφ

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MATERIALES

Computadora personal

Interfase Science Workshop

Amplificador de potencia

Barras magnéticas

Compases transparentes

Fotopuerta

Papel milimetrado 20 x 20 cm.

Calibrador vernier

Balanza y soporte

PROCEDIMEINTO

Procedimiento para Configuración de Equipos y Accesorios

a. Determinamos la masa M, la longitud L y el radio R de la barra

magnética, y a partir de estos datos calculamos su momento de inercia;

registramos estos valores en la Tabla (1).

Tabla (1) Datos de la barra magnética.

b. Determinamos la distancia L entre las masas magnéticas, alejando

todos los cuerpos metálicos y materiales magnéticos que se encuentren

cerca de la zona de trabajo. Colocamos la barra magnética en el centro

de la mesa y con ayuda de una brújula trazamos sobre un papel

milimetrado algunas líneas de fuerza que salen de los polos marcando

con un lápiz los extremos de la aguja y colocando un extremo a

continuación de otro; cuatro ó cinco líneas pueden ser suficientes.

Masa M (Kg.) Longitud L (m) Radio R (m) Momento de inercia

(Kg-m2)

0.01945 0.065 0.105195 6.604*10-6

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Prolongando las líneas trazadas, en la dirección que ellas parecen

converger, se encontrara la posición de los polos magnéticos. Medimos

la distancia L y la anotamos en la Tabla (2).

c. Determinamos la dirección del campo magnético terrestre retirando lo

más lejos posible los demás metales y la barra magnética; colocamos la

brújula en el centro de la mesa y trazamos la dirección del campo

magnético terrestre.

d. Trazamos una perpendicular a la dirección del campo magnético

terrestre y sobre esta recta alinear la barra magnética tal como se

muestra en la Figura. El punto p es la intersección de las dos rectas

que se han trazado.

e. Ingresamos al programa Data Studio y seleccionamos “crear

experimento”.

f. Seleccionamos “fotopuerta” de la lista de sensores y efectuamos la

conexión a la interface usando los cables para transmisión de datos de

acuerdo a lo indicado por Data Studio.

g. Efectuamos la calibración para este sensor indicando la medición de

estado.

h. Generamos una gráfica para estado vs. tiempo.

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i. Verificamos la disposición de equipos y accesorios tal como se muestra

en la Figura.

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Primera Actividad (Determinación de la comp. horizontal del Campo Mag.

Terrestre)

a. Suspendemos la barra magnética en la barra del soporte universal y la

alineamos en la dirección del campo magnético terrestre, retirando todos

los cuerpos metálicos y magnéticos que estén sobre la mesa de trabajo.

Con ayuda de otra barra magnética, producimos leves oscilaciones (que

no tengan vibraciones laterales), con ángulos de giro menores a 15º.

b. Con los datos registrados por la fotopuerta, determinamos el periodo

promedio de oscilación para 10 oscilaciones, repetimos este proceso 5

veces y anotamos los resultados en la Tabla (2).

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Tabla (2) Medición experimental de Bx

L = 0.06 metros d = 0.1755 metros

Nº medición 1 2 3 4 5

Nº oscilaciones

10 10 10 10 10

Periodo T (seg.)

4.906 4.836 4.749 4.788 4.820

Promedio del periodo T (seg.)

4.814 Bx (Teslas) 2.1252x10-5

T

Error Absoluto Error Porcentual 57.45%

c. Usando los datos de la Tabla (1) y (2) junto con la ecuación

, calculamos el valor experimental para la

componente horizontal del campo magnético terrestre.

d. Calculamos el error absoluto y porcentual para los resultados logrados

usando la ecuación tomando como valor de

comparación Bx = 5.7x10-5T (valor aceptado de la componente

horizontal de campo magnético terrestre).

No se puede determinar la dirección del campo magnético terrestre a

través de la brújula. Por las alteraciones que pueda tener esta o la

alteración de cuerpos cargados.

El plano vertical que contiene a Ht (meridiano magnético) no coincide

engeneral con el meridiano geográfico.

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1. ¿cuáles son las características del campo magnético terrestre? ¿Cuál

es el comportamiento de una barra magnética dentro de un campo

magnético?

El campo geomagnético es el campo de fuerza magnética que rodea la Tierra.

Se atribuye al efecto combinado de la rotación planetaria y el movimiento del

hierro fundido en el núcleo del planeta.

La Tierra crea un campo magnético, como si el planeta tuviera un enorme imán

en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geográfico y

viceversa. Aunque los polos magnéticos terrestres reciben el nombre de polo

norte magnético (próximo al polo norte geográfico) y polo sur magnético

(próximo al polo sur geográfico), su magnetismo real es el opuesto al que

indican sus nombres. Una evidencia de este es que todas las brújulas apuntan

al polo norte, las cuales se alinean con los polos magnéticos de la Tierra y que

se han utilizado en navegación durante siglos. Algunas aves (sobre todo las

migratorias) y otros animales se sirven del campo geomagnético para

orientarse.

Toda corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. Si la

corriente tiene forma de circunferencia, el plano sobre el que se encuentra la

corriente se comporta como un polo magnético de imán.

El campo magnético terrestre se caracteriza también por su intensidad. 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.

Las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables

cambios de año en año. Cada 960 años, las variaciones en el campo

magnético de la Tierra incluyen el cambio en la dirección del campo provocado

por el desplazamiento de los polos. El campo magnético de la Tierra tiene

tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razón de 19 a 24 km por año.

3. ¿Qué fuentes de error han afectado sus resultados? ¿cómo podrían

superarse?

•La cercanía de cualquier tipo de cuerpos magnetizados pudo haber alterado la

dirección que marcaba la brújula, respecto al campo magnético.

•Error de paralelaje cuando se utiliza la pequeña brújula y al observar las

oscilaciones en el magnetómetro.

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•La falta de precisión de los instrumentos utilizados para hallar los polos

magnéticos.

•El movimiento pendular no fue el ideal, esto dependía de la habilidad del que

realiza el experimento

Esto inconvenientes se podrían superar tratando de “aislar” el área de trabajo

de cualquier objeto magnético que pueda perturbar el experimento y usar

correctamente las magnetos al hacer los experimentos como hacer oscilar la

barra magnética pequeña.

4. ¿cuáles son los argumentos físicos que explican las causas del la

existencia del campo magnético terrestre motivo por el cual se considera

a la tierra un gran imán permanente?

La Tierra se comporta como un enorme imán. El físico y filósofo natural inglés

William Gilbert fue el primero que señaló esta similitud en 1600, aunque los

efectos del magnetismo terrestre se habían utilizado mucho antes en las

brújulas primitivas. 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.

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5. los campos magnéticos son producidos por cargas eléctricas en

movimiento. ¿Cómo explicar la presencia de un campo magnético

permanente en los imanes o la barra magnética que a usado?

Existen cuerpos magnetizados naturalmente.

EXPLICACIÓN DEL MAGNETISMO NATURAL

La materia está formada por átomos, electrones en movimiento, dipolos

magnéticos. El magnetismo natural es consecuencia de la existencia de cargas

móviles en la materia. Los imanes atómicos son dipolos magnéticos que surgen

del movimiento orbital y rotacional (spin) de los electrones. Las sustancias

según su comportamiento magnético pueden ser:

Ferromagnéticas: fuertemente atraídas por imanes y fácilmente

imantables (Fe, Co, Ni...). Presentan dominios magnéticos orientados. (µ

> µ0).

Paramagnéticas: débilmente atraídas por imanes y prácticamente no se

imantan (Al) (µ ≥ µ0).

Diamagnéticas: son repelidas débilmente por imanes. Los dipolos

magnéticos se orientan en sentido contrario al campo (Cu, Ag, Pb) (µ <

µ0)

6. ¿en qué lugares de la tierra las componentes horizontal y vertical del

campo magnético terrestre son máximas? ¿Por qué? Explique

gráficamente.

Salvo en el Ecuador magnético, el campo magnético terrestre no es horizontal;

el ángulo que forma el campo con la horizontal se denomina inclinación

magnética. En Cambridge, Massachusetts (próximo a los 45º N), el valor del

campo magnético terrestre es alrededor de .

La magnitud del campo magnético será máxima en el Ecuador por su latitud.

Para un

esto se da en los polos. Este campo magnético se puede considerar estático,

es decir que no varía con el tiempo, pero sí que varía con la latitud: desde 25

micro T en el ecuador magnético (30 micro T en el ecuador geográfico) hasta

aproximadamente 67 micro T en los polos. En la Península Ibérica el campo

magnético está en torno a 40 micro T.

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7. ¿Qué aplicaciones prácticas tiene el campo magnético terrestre?

No se me ocurren muchos, pero el más conocido es la obtención del rumbo

magnético, que puede ser por medio de una brújula como más rudimentario,

pero también hay métodos más sofisticados en aeronáutica como ser la válvula

de flujo que capta el campo magnético terrestre de forma eléctrica para los

directores de vuelo (pilotos automáticos y afines).

http://ciencia.nasa.gov/ciencias-especiales/29jun_hiddenportals/

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre

Mario Guerra, Juan Correa, Ismael Núñez, Juan Miguel Scaron – Física

,Elementos Fundamentales, Campo electromagnético, Campo

Gravitatorio; Editorial Reverté, S.A.Castro Castro, Darío A. Física

electricidad para estudiantes de ingeniería: notas de clase / Barranquilla:

Ediciones Uninorte, 2008. Tipler, Paul A.,

Física Vol.II, Edición en español, Editorial Reverté S.A. (1984)