Experiencia N°7: CAMPO MAGNETICO TERRESTRE Componente Horizontal I. OBJETIVOS • Determinar las características del campo magnétic o de la T ier ra. • Determinar la co mp onente horizontal del ca mp o ma gn ético te rres tr e en el laboratorio. • nal izar e l compo rtamiento de ! na bar ra magn ética e n !n camp o magn ético. II. "TE#I$ES Barra magnética %omp&s magnético "agnet'metro %ronometro %alibrador Vernier Balanza Soporte (ilo para s!spender la barra magnética III. )*+D"E+TO TE,#I%O Es m!- conocido !e la ag!/a de !na br0/!la se orienta de s!r a norte debido al campo magnético terrestre. 1$a Tierra se comporta como !n gigantesco im&n2. $a ag!/a magnética de la br0/!la se orienta seg0n las líneas del campo magnético de la Tierra3 las c!ales no coinciden e4actamente con las líneas del meridiano geogr&5ico.
Experiencia N°7: CAMPO MAGNETICOTERRESTRE Componente Horizontal
I. OBJETIVOS• Determinar las características del campo magnético de la Tierra.
• Determinar la componente horizontal del campo magnético terrestre en ellaboratorio.
• nalizar el comportamiento de !na barra magnética en !n campo magnético.
II. "TE#I$ESBarra magnética
%omp&s magnético
"agnet'metro
%ronometro
%alibrador Vernier
Balanza
Soporte
(ilo para s!spender la barra magnética
III. )*+D"E+TO TE,#I%OEs m!- conocido !e la ag!/a de !na br0/!la se orienta de s!r a norte debido alcampo magnético terrestre. 1$a Tierra se comporta como !n gigantesco im&n2. $a
ag!/a magnética de la br0/!la se orienta seg0n las líneas del campo magnético de laTierra3 las c!ales no coinciden e4actamente con las líneas del meridiano geogr&5ico.
El &ng!lo !e 5orma el "eridiano "agnético respecto de la direcci'n del meridianogeogr&5ico se llama declinacin ma!n"tica #$% - p!ede estar posicionado a laiz!ierda 678 o a la derecha 6E8 del meridiano geogr&5ico. 9or con:enci'n seestableci' !e las declinaciones magnéticas posicionadas al 7 6oeste8 del meridianogeogr&5ico !e pasa por el l!gar ser&n Ne!ati&a' 6D ;8 - las !e estén a la derecha o
E 6este8 ser&n Po'iti&a' #$ (%) Est!dios realizados d!rante m!chos a<os permitieronestablecer !e la D 6declinaci'n magnética8 mantiene !n sentido de crecimiento oa!mento de s! :alor en grados hasta llegar a !n :alor m&4imo !e mantiene d!rante!n período considerable para comenzar a decrecer 6dismin!ci'n de s! :alor engrados8.
$as líneas de 5!erza salen e ingresan al n0cleo de la Tierra atra:esando la cortezaterrestre3 son tangenciales al meridiano magnético. El meridiano magnético describe!n arco !e pro:oca !e al ingresar en el polo norte magnético lo hagan en 5orma:ertical a la s!per5icie terrestre. %!ando la inclinaci'n es horizontal las líneas de 5!erzaest&n !bicadas en el Ec*ador Ma!n"tico - a medida !e se ale/an hacia los polos se
inclinan hasta llegar a la :erticalidad en los polos3 saliendo del polo s!r e ingresandoen el polo norte magnético.
$a intensidad del campo magnético terrestre B en !n p!nto dado depende de s!spolos magnéticos - es tangente a la línea de 5!erza !e pasa por dicho p!nto. %!ando!na barra magnética s!spendida mediante !n hilo m!- delgado 5ormando !n &ng!lo =con la componente horizontal del campo magnético terrestre3 inicia !n mo:imientooscilatorio debido al tor!e prod!cido por la 5!erza magnética3 como se m!estra. Si el&ng!lo = > ?@A entonces el mo:imiento de la barra magnética se podr& considerar como arm'nico simple3 en este caso s! periodo de oscilaci'n est& dado por elcondensador de la 5!ente de tensi'n - se lo cortocirc!ita3 se prod!ce !n proceso de
descarga in:erso al proceso de carga 6:éase la imagen de la derecha8.
T =2π √ I
μB(1)
Donde3 I es el momento de inercia de la barra con respecto al e/e de rotaci'n3 es elmomento magnético de la barra - BC es la componente horizontal del campomagnético terrestre. 9or de5inici'n3 el momento magnético de la barra est& dado por
μ=m.L(2)
Donde3 m es la 1carga magnética1 o también llamada 1masa magnética2 - $ es ladistancia entre las 1masas magnéticas2. De la ec!aci'n 6?8 se ded!ce !e
B x=4 π
2 I
μT 2 (3)
El momento de inercia de !n paralelepípedo rectang!lar de masa " !e gira alrededor de !n e/e3 est& dado por
9or otro lado3 la magnit!d del campo magnético B de la barra magnética3 en el p!nto93 tal como se m!estra3 se enc!entra a partir de la le- de %o!lomb para el campomagnético3 - :iene dada por
B x= 32kmLd
T (4 d2− L2)
Donde3 d es la distancia desde el p!nto medio de la barra al p!nto 9 6:er )ig!ra 8 - m
es la masa magnética. En el SI
k =10−7 Wb
Am
Si la barra magnética se orienta perpendic!larmente al campo magnético terrestre3 seenc!entra !e3 en el p!nto 93 el campo magnético total3 BT3 est& en la direcci'n como el !e sem!estra en la )ig!ra . %!ando el &ng!lo F G@A entonces el campo magnético de la barra esig!al a la componente horizontal del campo magnético terrestre3 es decir3 Bp F Bh. %!ando estooc!rre la ec!aci'n 6@8 se trans5orma en
B x= 8π √ 2kId
T (4 d2
− L2
)
(6)
IV. 9#O%EDI"IE+TO EC9E#I"E+T$G.? E4amine - reconozca cada !no de los materiales de s! e!ipo. #ealice lascalibraciones de los e!ipos.
G.H *tilice la balanza de masas - mida el :alor de la masa de la barra magnética3 "3en ilogramos. %on el :ernier mida las dimensiones3 1a2 - 1b23 de la barra magnética.
partir de estos datos medidos halle el momento de inercia de la barra magnética!sando la sig!iente e4presi'n
I =( a2+b2
12 ) M (7)
note t!s res!ltados en la Tabla ?.
TA+,A-
MASA M #.!% ,ONGIT/$ a#m% ANCHO 0#m% MOMENTO $E INERCIA I #.!1m2%
.?K .L?H .LH @3L 4 ?M;LG. Determina la distancia3 $3 entre los polos magnéticos del im&n. 9ara ello !tilice labr0/!la. ntes de realizar la medici'n desalo/e de la mesa de traba/o todo materialmagnético3 como por e/emplo3 relo/3 anillos3 ga5as3 etc. %olo!e la barra magnética enel centro de la mesa - con la a-!da de la br0/!la trace alg!nas líneas de 5!erza3 !ese salgan de los polos.
9rolongando las líneas trazadas en la direcci'n en !e ellas parecen con:erger paraencontrar la posici'n de los polos magnéticos. Obser:e la )ig!ra G3 mida la distancia $
6distancia entre los polos magnéticos83 - anote el :alor en la Tabla H.
G.G Determine la direcci'n del campo magnético terrestre3 retirando lo m&s le/osposibles la barra magnética - colo!e la br0/!la en el centro de la mesa. Trace ladirecci'n del campo magnético terrestre.
G.@ Trace !na perpendic!lar a la direcci'n del campo magnético terrestre - sobre estarecta alinee la barra magnética3 tal como se m!estra en la )ig!ra . El p!nto 9 es laintersecci'n de las dos rectas !e se han trazado.
G.L %olo!e la br0/!la en el p!nto 9. cerc&ndose o ale/ando la barra magnética alp!nto 9 se consig!e !e las ag!/as de la br0/!la 5ormen !n &ng!lo N F G@A. En esaposici'n mida la distancia 1d2 - registre este dato en la Tabla H.
G.K S!spenda la barra magnética en la hor!illa del magnet'metro - alinéela en ladirecci'n del campo magnético terrestre. %on la a-!da de otra barra magnéticaprod!zca oscilaciones con &ng!los de giro no ma-ores de ?A3 !e no tenga:ibraciones laterales. #etire todos los c!erpos magnéticos !na :ez !e la barra estéoscilando.
G. "ida el tiempo !e emplea la barra magnética en realizar ? oscilacionescompletas - determine s! periodo T. #epita esta medici'n @ :eces como mínimo -registre estos :alores en la Tabla H.
V. %*ESTIO+#IO5)- /tilice la ec*acin #6% para calc*lar la ma!nit*d de la componente orizontaldel campo ma!n"tico terre'tre en el ,a0oratorio) Compare '* re'p*e'ta para elcampo ma!n"tico de la Tierra en la0oratorio con el &alor terico o0tenido delmodelo de re8erencia del campo !eoma!n"tico 2999 ;*e 'e enc*entra en lap<!ina =e0 en l>nea ttp:??===)n!dc)noaa)!o&?c!i10in?'e!?!ma!?8ld'nt2)pl @
di'c*ta la' razone' para la' di'crepancia' en lo' re'*ltado')
Ta0la 3 1 %oordenadas geogr&5icas - alt!ra en msnm en el patio de la )%) !sando !nR9S de ? m de resol!ci'n espacial.
$TIT*D $O+RIT*D $T*# (O# $*R#
? ?HUL2 KKGU@G2 P@m ?H@?9atio de la )ac!ltadde %iencias )ísicas
El %omponente (orizontal del %ampo "agnético Terrestre seria con los datos halladoste'ricamente
B x ,exp=23439,673nT
el :alor te'rico dado por el +ational Oceanic W tmospheric dministration 6+O8en s! base de datos +ational Reoph-sical Data %enter 6+RD%8 para la 5echa dele4perimento 6?;?;?@8 - los datos dados en la Tabla 3 es ig!al a
B x ,teo=25425,5nT
hora calc!lamos entre ambos :alores el error porcent!al
#es!lta !n error moderado3 debido a !e se p!do originar por el hecho !e estos:alores te'ricos dados por el +O;+RD%3 si bien re!ieren !na in5ormaci'n bastantee4acta como coordenadas de latit!d - longit!d3 se basan en c&lc!los de5inidos por modelos implementados en con:enciones3 como la son la IR#) ?? - la 7"" H?.
5)2 B*" 8*ente' de error con'idera *'ted ;*e an a8ectado a lo' re'*ltado' ;*ea o0tenido
$os errores !e p!dieron haber a5ectado los res!ltados 5inales serían al momento detomar la medida del tiempo de los periodos3 así como las condiciones en dondehicimos el e4perimento -a !e p!do :erse a5ectado !iz&s por !na r&5aga de :iento o!na pe!e<a brisa haciéndonos e!i:ocar.
Otro error p!do haber sido el campo magnético de los cel!lares -a !e estaban biencerca al momento !e se realiz' el traba/o3 /!nto con errores de medici'n de losinstr!mentos.
Cmo podr>an '*perar'e e'to' errore'
9ara el mo:imiento pend!lar se debería aislar bien o cerrarlo para !e no inter:engani !n 5actor e4terno - parte tender b!ena :ista en las mediciones.
5)3 Gra8i;*e la l>nea de 8*erza de la 0arra ma!n"tica 'eDalando la po'icin delo' polo' ma!n"tico' @ la' di'tancia' , @ d)
5.4 ¿Cuáles son las características del campo magnético terrestre? ¿Cuáles el comportamiento de una barra magnética dentro de un campomagnético?
CARACTERÍSTICAS DEL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE
ntes de hablar sobre las características del campo3 de5iniremos !e es el campomagnético de la Tierra
El campo magnético terrestre pro:iene de 5!entes en el n0cleo - la corteza de laTierra. El campo principal lo originan las corrientes de con:ecci'n - remolinos delmaterial 5!ndido del n0cleo3 mientras !e las rocas magnetizadas de la cortezaprod!cen campos localizados3 conocidos como anomalías magnéticas.
%aracterísticas
• El dipolo del n0cleo domina el campo !e percibimos 6ma-or al PX8 - esresponsable de !e la intensidad - direcci'n del :ector del campo magnético:aríen sistem&ticamente desde el ec!ador magnético a los polos magnéticos.
• S! intensidad :aría desde H@ a L@ micro;tesla 6mT8 - la direcci'n del :ector res!ltante :aría desde el ec!ador magnético3 donde es paralelo a la s!per5iciede la Tierra3 hasta los polos donde es perpendic!lar.
• S! direcci'n no es constante. "!estras de rocas de di5erentes edades enl!gares similares tienen di5erentes direcciones de magnetizaci'n permanente.Se han in5ormado de e:idencias de ?K? re:ersiones del campo magnético3d!rante los 0ltimos K? millones a<os.
COMPORTAMIENTO DE UNA BARRA MAGNÉTICA DENTRO DE UN CAMPO
%omo hemos obser:ado en el laboratorio !na barra magnética al realiza pe!e<asoscilaciones c!ando est& dentro de !n campo magnético debido al tor!e prod!cidopor la 5!erza magnética !e el campo prod!ce.
Es!em&ticamente
5)5 En ;*" l*!ar de la Tierra lo' componente' orizontal @ &ertical del campoma!n"tico terre'tre 'on m<ximo' Por ;*" Expli;*e !r<8icamente)
$os :alores tanto m&4imos - mínimos se deben a !e el &ng!lo !e 5orma la direcci'ndel campo en !n p!nto con la direcci'n norte o s!r geogr&5ico llamado tambiéndeclinaci'n 3 Entonces las componentes :ertical - horizontal ser&n m&4imos en dosp!ntos distintos del campo magnético terrestre
• $a componente (orizontal ser& m&4ima en el Ec!ador magnético debido a !eel campo 5orma con la horizontal3 es decir debido al paralelismo de laslíneas de campo con la s!per5icie terrestre.
• $ a componente :ertical ser& la m&4ima en los 9olos magnéticos debido a !een ese l!gar las líneas de campo son perpendic!lares a la s!per5icie terrestre.
Es!em&ticamente
El campo es generado por elim&n del c!al obser:amos elpolo positi:o3 - como seobser:a las líneas de camporecaen sobre el polo negati:odel otro im&n3 estas líneas!e indican los p!ntos dondela 5!erza magnética se e/erce.
En esta e4periencia podemos concl!ir !e en c!al!ier regi'n del espacio3e4iste !n campo magnético 0nico3 - esto se compr!eba e:al!ando los :aloresde intensidad de campo para di5erentes l!gares en el planeta3 en donde see:idencia !e las componentes :arían dependiendo en !e l!gar del planetase esté cons!ltando.
De las obser:aciones realizadas en esta e4periencia podemos concl!ir !e alanalizar !n campo magnético prod!cido por !n im&n se debe ale/ar c!al!ier material 5erromagnético3 p!es estos generan !n campo magnético adicional3distorsionando el campo propio del im&n - de la Tierra3 así como también sonatraídos por el mismo im&n pert!rbando el sistema.
De esta e4periencia también podemos concl!ir !e las líneas del campomagnético a di5erencia de las del campo eléctrico son líneas cerradas3 estodebido a !e en este el !e lo prod!ce 6Im&n8 es !n dipolo3 eso !iere decir !e c!enta con los dos polos en el mismo c!erpo 6polos s!r - norte magnético8de modo !e las líneas de campo magnético !e salen del polo +ortemagnético se diri/an al polo s!r magnético !bicado en el mismo c!erpocerrando así la línea. *na imagen !e detalla me/or lo dicho anteriormenteseria
