UNIVERSIDAD DE LA SALLE

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Lorena Vera Ramírez1, Angie Catalina Lamprea2, Iván Darío Díaz Roa2

RESÚMEN

Mediante esta experiencia es posible determinar la dirección y magnitud del campo magnético terrestre. Para ello se emplea el campo maganetico de una bobina, que se superpone al campo terrestre (desconocido). La práctica permite variar la intensidad y orientación del campo prueba para obtener el campo terrestre.

PALABRAS CLAVES

ABSTRAC

Through this experience may determine the direction and magnitude of the Earth's magnetic field. We used the field maganetico a coil, which overlaps the earth's field (unknown). The practice can vary the intensity and orientation of the field test to obtain land.

KEY WORDS

INTRODUCCIÓN

La Tierra tiene un campo magnético con polos Norte y Sur. El campo magnético de la Tierra alcanza hasta 36.000 millas en el espacio; El campo magnético de la Tierra está rodeado por una región llamada la magnetosfera. La magnetosfera previene que la mayoría de las partículas del Sol, que se trasladan con el viento solar, choquen contra la Tierra.

El efecto dínamo es una teoría geofísica que explica el origen del campo magnético principal de la Tierra como una dínamo autoexcitada (o auto-sustentada). En este mecanismo dínamo el movimiento fluido en el núcleo exterior de la Tierra mueve el material conductor (hierro líquido) a través de un campo magnético débil, que ya existe, y genera una corriente eléctrica (el calor del decaimiento radiactivo en el núcleo induce el

movimiento convectivo). La corriente eléctrica produce un campo magnético que también interactúa con el movimiento del fluido para crear un campo magnético secundario. Juntos, ambos campos son más intensos que el original y yacen esencialmente a lo largo del eje de rotación de la Tierra.

OBJETIVOS

Aprender que la tierra es un gigantesco imán.

Comprobar que la corriente eléctrica crea un campo magnético.

Aplicar conceptos de suma vectorial.

MARCO TEORICO

La Tierra posee un poderoso 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.

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

1. Facultad de ingeniería, ingeniería ambiental.2. Facultad de ingeniería, ingeniería civil.

de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razón de 19 a 24 km por año.1

Hasta 1821 sólo era conocida una forma de magnetismo, la producida por imanes de hierro. Posteriormente, un científico danés, Hans Christian Oersted, mientras demostraba a sus amigos el flujo de una corriente eléctrica en un alambre, notó que la corriente causaba que la aguja de una brújula cercana se moviera.

El nuevo fenómeno fue estudiado en Francia por André-Marie Ampére, quien concluyó que la naturaleza del magnetismo era muy diferente de la que se creía. Era básicamente una fuerza entre corrientes eléctricas: dos corrientes paralelas en la misma dirección se atraen, en direcciones opuestas se repelen. Los imanes de hierro son un caso muy especial, que Ampére también fue capaz de explicar.2

Para realizar la medición experimentalmente del valor del campo magnético terrestre Bt, se hice interactuar una brújula con el campo magnético resultante de la superposición del campo magnético terrestre y el campo magnético B(i) generado por la corriente que circula por bobinas de alambre conductor. En el caso particular en que B(i) es perpendicular a Bt, el campo magnético de la combinación BR resulta como se indica en la figura 1. La aguja de una brújula se orientará en la dirección del campo resultante.

Bt

θ Bi

Br

Figura 1. Composición del campo magnético terrestre Bt y otro perpendicular B(i).

De la figura 1 vemos que:

1 http://www.astromia.com/tierraluna/magnetismo.htm2http://carina.fcaglp.unlp.edu.ar/~chacho/archivos/origen_CMT.pdf

tgθ= BiBt

(1)

Puesto que el campo magnético B(i) producido por una corriente eléctrica es proporcional a la intensidad i de la corriente:

B (i )=Ki (2)

De la ecuación (1) se deduce:

Tgθ= KBti (3)

Por lo que se espera una relación lineal entre tg q y la intensidad i de la corriente, a partir de la cual podemos determinar el campo terrestre Bt. El valor de la constante k depende de la geometría del sistema de bobinas que se use en el experimento (espira, solenoide, bobinas de Helmholtz, etc.).3

METODOLOGÍA

Para el desarrollo de la práctica número 10 acerca de “el campo magnético terrestre”, para su ejecución, se procedió de la siguiente manera:

1. En primera instancia se realizó el montaje, conectando la bobina (instrumento que poseía una brújula tangente) a una fuente y a un reóstato de manera que fuese posible variar la corriente que pasaba por ella.

Montaje realizado en la práctica.2. Seguidamente, se tomó la bobina con

cinco espiras y variando la corriente que circulaba a través de ella, se midió el ángulo que se formaba en la brújula. Éste

3http://www.cienciaredcreativa.org/informes/magnetismo%201.pdf

procedimiento se realizó tres veces en total.

3. En tercera instancia se repitió el anterior procedimiento, modificándose esta vez el número de espiaras, ahora para 10 y 15 y en cada una de ellas, también, se tomaron tres valores diferentes de corriente (cada uno de ellos con su respectivo ángulo).

ANÁLISIS DE RESULTADOS

1. Al iniciar el experimento, antes de encender la fuente de voltaje, se observó que la brújula se alinea con la línea del campo magnético B de la Tierra, es decir hacia el norte geográfico o el sur magnético.

Posteriormente se dispuso a posicionar la bobina de tal manera que su campo magnético quedara perpendicular al de la tierra, así pues, y siguiendo la regla de la mano derecha, ella se ubicó de la siguiente manera:

E

S

N

W

B Tierra

B Bobina

90⁰

BOBINA

Vista superior de la bobina, posición de ella en la cual su campo magnético esta

perpendicular a el de la Tierra.

o Nótese que para que el campo magnético de la bobina quedara con un ángulo plano, ella tuvo que posicionarse en la misma dirección en la cual fluye el B de la Tierra.

2. Consecutivamente se tomó un número N de espiras, al encender la fuente y al hacer pasar corriente por la bobina, se observó que la aguja de la brújula se

deflactó con un ángulo θ entre ella y el campo magnético B de la bobina.Así pues, y conociendo que:

BT=N µ0 I

2 Rtan θ

Los datos tomados para cada una de las tres diferentes espiras, su respectivo dato experimental y el error relativo del campo magnético de la Tierra BT, son:

No. N I (A) θ (grados) tanθ BT (T) ER (%)1 5 0,63 40 0,83909 2,21424E-05 302 5 0,52 45 1 2,17811E-05 313 5 1,00 29 0,5543 2,32178E-05 27

Datos tomados con espiras N igual a 5

No. N I (A) θ (grados) tanθ BT (T) ER (%)1 10 0,97 18 0,32491 2,64022E-05 172 10 0,92 15 0,26794 2,06505E-05 353 10 0,49 35 0,7002 2,87425E-05 10

Datos tomados con espiras N igual a 10

No. N I (A) θ (grados) tanθ BT (T) ER (%)1 15 0,68 15 0,26794 2,28952E-05 282 15 0,32 30 0,57735 2,32159E-05 273 15 0,2 45 1 0,000025132 21

Datos tomados con espiras N igual a 15

El promedio en cada una de las espiras, con su respectivo error relativo, fue:

No. N Promedio (T) ER (%)1 5 2,23804E-05 30

2 10 2,52651E-05 213 15 2,37477E-05 25

El promedio total de la experimentación con su correspondiente error fue:

PROMEDIO TOTAL ER TOTAL (%)2,37977E-05 25,6

o El orden de magnitud de la componente horizontal del campo magnético de la

Tierra es de 10−5T , el valor experimental coincidió, en cuanto a magnitud, con el dato teórico; prueba de ello es el E.R. relativamente bajo que se obtuvo (25,6%).

o No importa el número de espiras que se tome, siempre el campo magnético de la Tierra debe ser el mismo.

CONCLUSIONES

Independientemente del número de espiras tomadas en la bobina, al momento de analizar los datos, el campo magnético de la tierra debe ser el mismo.

Si se toman corrientes altas, los datos obtenidos, aumentan en un alto grado de exactitud, por lo cual se logra disminuir significativamente el error porcentual.

Se vio que el campo magnético neto siempre apunta en una brújula hacia el norte siendo este campo magnético neto la suma del campo magnético de la tierra y el campo magnético que se genera en una bobina es directamente proporcional a este campo.

Comprobamos por medio de la practica el concepto de campo magnético el cual Es un fenómeno por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.

Se evidencio la variación en los datos para cada una de las ecuaciones a hallar Y en especial para los ángulos según los datos calculados y tenidos en cuenta. El campo magnético que se genera en la bobina es perpendicular al campo magnético en la tierra.

La consecución de la mala medición de los ángulos obtenidos por la brújula, denota un error porcentual relativamente alto, lo que requerío la repetición del experimento esta vez con mayor certeza de las mediciones de los ángulos correspondientes.

BIBLIOGRAFÍA

1. http://www.astromia.com/tierraluna/ magnetismo.htm

2. http://carina.fcaglp.unlp.edu.ar/~chacho/ archivos/origen_CMT.pdf

3. http://www.cienciaredcreativa.org/ informes/magnetismo%201.pdf