Laboratorio de Fsica III

Campo Magntico Terrestre Componente HorizontalI. Introduccin:En esta sptima experiencia de laboratorio nos orientaremos con diversos materiales a demostrar o determinar las caractersticas que presenta el campo magntico de la Tierra, lo cual tambin determinaremos la componente horizontal del campo magntico terrestre, y por ultimo tambin analizaremos el comportamiento de una barra magntica en un campo magntico.Por lo tanto despus de esta experiencia en el laboratorio ya tendremos el conocimiento de algunas caractersticas que presenta el campo magntico terrestre.

II. Fundamento Terico: Campo Magntico: El hecho de que las fuerzas magnticas sean fuerzas de accin a distancia permite recurrir a la idea fsica de campo para describir la influencia de un imn o de un conjunto de imanes sobre el espacio que les rodea. Al igual que en el caso del campo elctrico, se recurre a la nocin de lneas de fuerza para representar la estructura del campo. En cada punto las lneas de fuerza del campo magntico indican la direccin en la que se orientar una pequea brjula (considerada como un elemento de prueba) situada en tal punto. As las limaduras de hierro espolvoreadas sobre un imn se orientan a lo largo de las lneas de fuerza del campo magntico correspondiente y el espectro magntico resultante proporciona una representacin espacial del campo. Por convenio se admite que las lneas de fuerza salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur.

El movimiento de partculas en un campo magntico: Los campos elctricos y magnticos desvan ambos las trayectorias de las cargas en movimiento, pero lo hacen de modos diferentes. Una partcula cargada que se mueve en un campo elctrico (como el producido entre las dos placas de un condensador plano dispuesto horizontalmente) sufre una fuerza elctrica Fe en la misma direccin del campo E que curva su trayectoria. Si la partcula alcanza el espacio comprendido entre las dos placas segn una direccin paralela, se desviar hacia la placa + si su carga es negativa y hacia la - en caso contrario, pero siempre en un plano vertical, es decir, perpendicular a ambas placas. Dicho plano es el definido por los vectores v y E.

Si las dos placas del condensador se sustituyen por los dos polos de un imn de herradura, la partcula sufre una fuerza magntica Fm que segn la regla de la mano izquierda es perpendicular a los vectores v y B. En este caso la trayectoria de la partcula cargada se desva en el plano horizontal.

Campo magntico terrestre: El campo magntico terrestre presente en la Tierra no es equivalente a un dipolo magntico con el polo S magntico prximo al Polo Norte geogrfico, y, con el polo N de campo magntico cerca del Polo Sur geogrfico, sino ms bien presenta otro tipo especial de magnetismo. Es un fenmeno natural originado por los movimientos de metales lquidos en el ncleo del planeta y est presente en la Tierra y en otros cuerpos celestes como el Sol.

Se extiende desde el ncleo atenundose progresivamente en el espacio exterior (sin lmite), con efectos electromagnticos conocidos en la magnetosfera que nos protege del viento solar, pero que adems permite fenmenos muy diversos como la orientacin de las rocas en las dorsales ocenicas, la magnetorrecepcin de algunos animales y la orientacin de las personas mediante brjulas.

Una brjula apunta en la direccin Sur-Norte por tratarse de una aguja imantada inmersa en el campo magntico terrestre: desde este punto de vista, la Tierra se comporta como un imn gigantesco y tiene polos magnticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geogrficos.

El Polo Sur Magntico se encuentra a 1800 kilmetros del Polo Norte Geogrfico. En consecuencia, una brjula no apunta exactamente hacia el Norte geogrfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinacin magntica. La declinacin magntica depende del lugar de observacin, por ejemplo actualmente en Madrid (Espaa) es aproximadamente 3 oeste. El polo Sur magntico est desplazndose por la zona norte canadiense en direccin hacia el norte de Alaska.

Esquema de la magnetosfera de la Tierra. Los flujos de viento solar, de izquierda a derecha

Variaciones del campo terrestre: Las variaciones del campo terrestre orientacin de los dominios magnticos de las rocas y el ligero magnetismo resultante se puede medir. Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en periodos geolgicos distintos se elaboraron mapas del campo magntico terrestre en diversas eras. Estos mapas muestran que ha habido pocas en que el campo magntico terrestre se ha reducido a cero para luego invertirse. Durante los ltimos cinco millones de aos se han efectuado ms de veinte inversiones, la ms reciente hace 700.000 aos. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 aos. No se puede predecir cundo ocurrir la siguiente inversin porque la secuencia no es regular. Ciertas mediciones recientes muestran una reduccin del 5% en la intensidad del campo magntico en los ltimos 100 aos, hecho que ha estimado que el campo magntico terrestre prcticamente desaparecer dentro de unos 1500 aos aproximadamente. En la Anomala del Atlntico Sur, la fuerza del campo magntico est disminuyendo diez veces ms rpido que en otros lugares.Mapa del mundo de la declinacin magntica de 1590 a 1990

III. Procedimiento Experimental: Materiales: Calibrador Vernier Balanza Cronmetro Barra Magntica Magnetmetro Brjula Soporte Calibrador Vernier Balanza

Cronmetro Barra Magntica

Brjula Procedimiento: Utilizamos la balanza y medimos en kilogramos la barra magntica lo cual nos da un valor de 136.1*10-3 Kg, y luego con el medidor vernier medimos las dimensiones a y b en metros, lo cual nos da 151.2*10-3 m y 19.1*10-3 m respectivamente. Mediante estos datos hallaremos el momento de inercia de la barra magntica:

Luego rellenaremos la siguiente tabla:Masa MLongitud aLongitud bMomento de Inercia

136.1*10-3 Kg151.2*10-3 m19.1*10-3 m2.63*10-4 Kg m2

Determinaremos la distancia L, que es una distancia entre los polos magnticos del imn lo cual viene a ser 5/6 de la longitud total es decir:

Luego determinaremos el momento magntico de la barra, lo cual est dado por:

La otra barra suspendida en la horquilla de magnetmetro y con la ayuda de otra barra magntica produciremos oscilaciones con ngulos de giro no mayores de 10 lo cual medimos el tiempo que emplea la barra magntica en realizar 10 oscilaciones completas y luego determinaremos el perodo T. Repetimos esta medicin 5 veces como mnimo y registramos estos valores en la siguiente tabla:

N de mediciones12345

N de oscilaciones97769

Tiempo: t (s)5140423849

Periodo: T (s)0.180.180.170.160.19T = 0.18

Colocaremos la brjula en un punto P, luego acercando o alejando la barra magntica al punto P lo cual conseguiremos que las agujas de la brjula forme un ngulo =45; lo cual en esta posicin mediremos una distancia d.

La magnitud del campo magntico B de la barra magntica en el punto P est dado por:

Donde K=10-7

El campo magntico Bx est definido por:

IV. Resultados:En los resultados obtenidos durante esta experiencia lo podemos observar mediante las tablas anexadas anteriormente lo cual demuestra que estos datos presentan error esto debido a que el momento de pesar o medir la barra magntica, al utilizar los instrumentos no lo realizamos con la debida precisin requerida.Tambin al momento de calcular las respuestas causa un error al no calcular con los debidos decimales requeridos.

V. Conclusiones y Recomendaciones:Despus de realizada la experiencia N7 se puede concluir que no se puede determinar la direccin del campo magntico terrestre a travs de la brjula. Por las alteraciones que pueda tener esta o la alteracin de cuerpos cargados. Tambin que el plano vertical que contiene a HT (meridiano magntico) no coincide en general con el meridiano geogrfico.

Las recomendaciones que se hara es que antes de realizar la medicin desalojamos de la mesa de trabajo todo material magntico tales como reloj, anillos, gafas, etc.VI. Cuestionario: Utilice la ecuacin (6), calcule a la magnitud de la componente horizontal del campo magntico terrestre. Compare sus resultados con los valores dados en las tablas de textos.Utilizando la ecuacin (6) con los datos obtenidos en las tablas I y II vemos que el valor es muy prximo al de los libros de Fsica, que es de 1,7*10-5 Wb/m2 y pasando el valor de Bh que hallamos a dichas unidades nos da: 1.909*10-5 Wb/m2. Lo que vendra a ser un error de 12.29%.

Qu fuentes de error considera usted que han afectado los resultados que ha obtenido? (Cmo podran superarse estos errores? La cercana de cualquier tipo de cuerpos magnetizados pudo haber alterado la direccin que marcaba la brjula, respecto al campo magntico. La falta de precisin de los instrumentos utilizados para hallar los polos magnticos. El movimiento pendular no fue el ideal, esto dependa de la habilidad del que realiza el experimento. Se podran superar tratando de aislar el arrea de trabajo de cualquier objeto magntico que pueda perturbar el experimento. Grafique la lnea de fuerza de la barra magntica, sealando la posicin de los polos magnticos y las distancias L y d.

(Cules son las caractersticas del campo magntico terrestre? Cul es el comportamiento de una barra magntica dentro de un campo magntico?El campo magntico terrestre es uniforme, la direccin la imantacin interna forma un ngulo de 15 con el eje terrestre. En qu lugar de la Tierra la componente horizontal del campo magntico terrestre es mxima? Por qu?Salvo en el Ecuador magntico, el campo magntico terrestre no es horizontal; el ngulo que forma el campo con la horizontal se denomina inclinacin magntica.

En Cambridge, Massachusetts (prximo a los 45 N), el valor del campo magntico terrestre es alrededor de 5,8 10-3 Wb/m2.

Ser mxima en el Ecuador por su latitud.

Para un ngulo (= (/2, V es mximo; luego sen( = sen(/2 = 1, esto se da en los polos.

VII. Referencias: http://es.wikipedia.org/wiki/Varistor https://uvirtual.unet.edu.ve/file.php?file=%2F1236%2FTERMISTORTD.PDF http://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistencia A. NAVARRO y F. TAIPE

SERWAY BEICHNER. Fsica para Ciencias e ingeniera. Mc Graw Hill Mxico 2002 (pag. 708725).

BP

P

d=0.141 m

S

m-m

L

N

BH

Bt

L

F.I.G.M.G.M. UNMSM