laboratorio de fisica3 (8) campo magnetico terrestre
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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)