UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, Decana De América)

CURSO : LABORATORIO DE FISICA III

TEMA : CAMPO MAGNETICO TERRESTRE COMPONENTE HORIZONTAL

PROFESOR : SANCHEZ HENRY

ALUMNOS : Choque Maguiña Heidy Lorena 14170248

Li Adriazola Jiu Jong 14170254

Aponte Hurtado Rosa 14170242

TURNO : Miércoles de 8 a.m.-10a.m./ Laboratorio B

1. OBJETIVOS

Conocer las características del campo magnético de la Tierra Determinar la componente horizontal del campo magnético terrestre en

el laboratorio. Analizar el comportamiento de una barra magnética en un campo

magnético

2. MATERIALES

Barra magnética

Soporte Compás magnético

Hilo para suspender la barra magnética

Magnetómetro

Cronometro de Celular

Balanza

Regla Milimetrada

3. MARCO TEORICO

EL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

La existencia del campo magnético terrestre es un fenómeno conocido desde

hace muchísimos años, a raíz de que se observó que si se deja girar

libremente una aguja imantada (colgándola de un hilo, equilibrándola sobre una

punta o haciéndola flotar sobre agua u otro líquido), ésta se orienta siempre en

una dirección determinada, aproximadamente Norte-Sur, que es la del campo

magnético terrestre. Se dice que la aplicación de esta propiedad de orientación

de las agujas imantadas, que es el principio de las brújulas, se conocía en

China desde alrededor de 2300 a. C., que fue usado por Aníbal en 203 a. C.,

por los vikingos en el siglo XI d.C. y su uso por los navegantes europeos está

documentado desde el siglo XII. Este comportamiento de las agujas imantadas

indica que la Tierra entera, según propuso William Gilbert en 1600, se

comporta como un enorme imán cuyos polos, Norte y Sur, no coinciden

exactamente con los polos geográficos por donde pasa el eje de rotación del

planeta. Más adelante veremos cuáles son las posibles causas del campo

magnético de la Tierra y cómo se comporta éste, pero primero es necesario

entender cómo funciona el magnetismo de las rocas.

Es muy conocido que la aguja de una brújula apunta de sur a norte debido al

campo magnético terrestre. La tierra se comporta como un gigantesco imán. La

brújula se orienta según las líneas del campo magnético las cuales, sin

embargo no coinciden exactamente con las líneas del meridiano geográfico.

El ángulo que forma el meridiano geográfico con el campo magnético se

denomina declinación magnética, mientras que el ángulo formado por el campo

magnético de la tierra (plano horizontal), es llamado inclinación magnética.

La intensidad del campo magnético terrestre B en un punto dado depende de

sus polos magnéticos y es tangente a la línea de fuerza que pasa por dicho

punto. Cuando una barra magnética suspendida por un hilo muy delgado

formando un ángulo α con la componente horizontal del campo magnético

terrestre inicia un movimiento oscilatorio debido al torque producido por la

fuerza magnética. Si el ángulo α < 15°, entonces el movimiento de la barra

magnética se podrá considerar como armónico simple, en este caso su periodo

de oscilación está dado por:

4. PROCEDIMIENTO

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

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:

I=( a2+b2

12 ) M

Se anota en las tabla 1:

MASA M(kg)

LONGITUD a(m)

ANCHO b(m)

MOMENTO DE INERCIAI (kg-m2)

0.0188 0.062 0.006 6.08*10-6

3. Se determinó la distancia, L, entre los polos magnéticos del imán. Para ello utilice la brújula. Se coloque la barra magnética en el centro de la mesa y con la ayuda de la brújula trazamos algunas líneas de fuerza, que se salgan de los polos.

Donde L=5.5 cm.

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.

5. Se trazó una perpendicular a la dirección del campo magnético terrestre y sobre esta recta alineo la barra magnética. El punto P es la intersección de las dos rectas que se han trazado.

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.

7. Se suspendió la barra magnética en la horquilla del magnetómetro y se alineo en la dirección del campo magnético terrestre. Con la ayuda de otra barra magnética producimos oscilaciones con ángulos de giro no mayores de 10º.

8.Se midió el tiempo que emplea la barra magnética en realizar 10 oscilaciones completas y determine su periodo T. Repita esta medición 5 veces como mínimo (estos valores en la Tabla 2.)

NO DE MEDICIONES 1 2 3 4 5NO DE OSCILACIONES 10 10 10 10 10TIEMPO: t(s) 66 58 43 44 52

PERIODO: T(s) 6.6 5.8 4.3 4.4 5.2

T=5.26

L= (0.055)m d= (0.12) m Bh=10.32*10-6

PERIODO:

T= TIEMPO : t(s)N O DEOSCILACIOENES =66

10 = 6.6

µ= m*L = 0.0188*0.055 =0.001034kg-m

I=( a2+b 212 )M=( (0.062 )∧2+(0.006)∧2

12 )∗0.0188=0.00000607867=6.08∗10−6

Bx =4∗π∗√2∗k∗I∗dT (4 d∧2−L∧2)

¿ 4∗3 . 1415∗√2∗10∧−7∗6.08∗10∧−6∗0.125 . 26∗(4∗0 .12∗0 . 12+0 . 055∗0 . 055)

=32. 8957∗10∧−7

0 .3188875 = 103.1576967*10-7 ≃10.32*10-6

µ = momento magnéticoBx = componente horizontal del campo magnético

5. CUESTIONARIO

1. Utilice la ecuación (6) para calcular la magnitud de la componente horizontal del campo magnético terrestre en el Laboratorio. Compare su respuesta para el campo magnético de la Tierra en laboratorio con el valor teórico obtenido del modelo de referencia del campo geomagnético 2000, que se encuentra en la página web en línea http://www.ngdc.noaa.gov/cgi-bin/seg/gmag/fldsnth2.pl y discuta las razones para las discrepancias en los resultados.

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

(No se pudo realizar la pregunta al estar inhabilitada)

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

Al momento de usar la brújula para poder medir el campo magnético de la tierra no sabemos si algún objeto a nuestro alrededor como celulares, imanes, o cualquier cuerpo con cierto magnetismo pueda influenciar en esta medición es por ello que debemos mantener todos estos lo más alejado posible.

Cuando realizamos la medida del tiempo es posible que nuestra percepción no sea tan exacta por lo que terminemos con algo de menos o más tiempo de lo que debió ser es por ello que realizar varias mediciones sería lo ideal.

Los objetos usados pudieron no haber estado con la precisión requerida para poder desarrollar con eficiencia el experimento.

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?

Generalmente la dirección del vector campo magnético es constante ya que se encuentra a pocos grados de desviación del eje terrestre. Cuando colocamos una barra magnética dentro de un campo magnético, La barra tiende a apuntar su polo magnético Norte con el polo magnético Sur de la Tierra que está cerca del polo Norte terrestre; y lo opuesto se cumple también pero en sentido contrario

El campo cambia con el tiempo, fenómeno conocido como la variación

secular. Una parte importante de la variación secular es la deriva hacia el

oeste, consiste en un movimiento hacia el oeste de las concavidades v

convexidades características de un campo no dipolar así como el de los

propios polos magnéticos. Esta es la razón por la que al campo magnético

siempre se le añade una fecha.

El campo magnético terrestre representa una protección o pantalla contra las

partículas del viento solar. En los momentos de mayor debilidad del campo

magnético, las partículas de alta energía procedentes mayoritariamente del Sol

pueden atravesarlo influyendo en el clima terrestre.

Otra característica que distingue al campo magnético terrestre es su

magnetósfera. En las distancias grandes del planeta, esto domina el campo

magnético superficial. Corrientes eléctricas inducidas en la Ionósfera también

genera los campos magnéticos. Tal campo se genera siempre cerca de donde

está la más próxima a la atmósfera al sol, causando las alteraciones diarias que

pueden desviar los campos magnéticos superficiales cerca tanto como un grado.

El campo magnético terrestre es uniforme.

La dirección la imantación interna forma un ángulo de 15º con el eje terrestre.

Las líneas de inducción salen de la superficie terrestre por todo el hemisferio sur

magnético y entran por el hemisferio norte magnético. Comportamiento de una

barra magnética dentro de un campo magnética.

Al introducir una barra imanada en un campo magnético, esta se dispone si esta

libre para girar de modo que su eje coincida con la dirección del campo exterior

en cual está colocada. El “Por qué” la orienta en la dirección del campo se le

atribuye frecuentemente a fuerzas ejercidas sobre los polos del imán.

En el caso del campo magnético terrestre, y tomando el principio de una brújula,

una barra magnética se orienta en el plano de la línea de campo que pase por

esa región espacial, apuntando su polo norte hacia el polo sur magnético

terrestre.

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

Las componentes serán máximas dependiendo del lugar en que se

encuentren; así la componente horizontal es máximo en el ecuador

magnético, por el paralelismo entre las tangentes de las líneas de campo y

la superficie terrestre; y la componente vertical será máxima en los polos

magnéticos, por la perpendicularidad con la que las líneas de campo “caen”

a la superficie terrestre. Esto se explica claramente por la similitud que se

hace entre las líneas de fuerza del campo terrestre con las de una esfera

imantada.

6. CONCLUSIONES

Los polos opuestos se atraen por otro lado los polos iguales se repelen. La intensidad del campo magnético producido por dos cuerpos o más

es directamente proporcional a la carga que poseen estos cuerpos. La propiedad magnética de la tierra se debe a la composición del núcleo

de la tierra, la cual contiene, en su mayor parte, metales que están en movimiento actuando como partículas con carga iónica, se debe a una retroalimentación de corriente debido al movimiento de estas partículas, las cuales producen una inducción magnética.

El campo magnético terrestre nos protege de las partículas lanzadas por el sol llamado viento solar. Estas partículas pueden ser vistas en los polos, llamados auroras polares.

El ángulo de desviación del eje magnético cambia constantemente debido al movimiento interno de los componentes del núcleo terrestre.

7. BIBLIOGRAFIA

es.wikipedia.org www.esi2.us.es www.biblioises.com Electrostática y Magnetismo – Humberto Leiva