UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)

FACULTAD DE ING. ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA

“CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE”

CURSO : FÍSICA III

INTEGRANTES :

- Gonzales Gallegos Abel Marcos…………………15190012- Alfaro Revollar Jhoy Santy .……………………15190242- Sánchez Buendía José Alonzo……………………15190171- Sucapuca Espichan Caleb Josué……………….15190154- Aguilar Llacsa Máximo ……………………………….

HORARIO : JUEVES 4– 6 P.M.

Ciudad Universitaria

EXPERIENCIA N°7

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE Nº 7

MAGNETISMO:

Es un fenómeno físico que resalta especialmente en que los cuerpos que posean esta propiedad presentaran fuerzas de atracción y repulsión sobre otros objetos. Algunos materiales poseen características magnéticas y se conocen como imanes o magnetos. Todo imán posee dos polos: polo norte y el polo sur ( dipolo magnético ). Ambos polos atraen objetos que al menos tienen un porcentaje de materiales ferromagnéticos.

Campo Magnético de la TierraA la tierra se le puede considerar como un imán de barra, o sea va a ejercer una fuerza de atracción y repulsión sobre otros imanes. En una brújula, la aguja imantada se orienta hacia los polos de la tierra, a lo largo de las líneas del campo magnético. Algunos animales también utilizan el campo magnético para orientarse. El polo norte de una brújula apunta relativamente el polo norte geográfico. Esto sucede ya que el “ imán de barra” terrestre se encuentra polarizado inversamente.

Origen del campo magnético terrestreEl núcleo interno de la Tierra es sólido y el externo, líquido. Dentro del núcleo exterior se produce la convección (movimiento circular) de la maza líquida de hierro níquel y azufre, que crea una corriente eléctrica muy grande creando una inducción electromagnética en el núcleo de la tierra, que a la par crea un gigantesco campo magnético.

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La brújulaConsta esencialmente de un imán apoyado, que gira fácilmente. Se habla de una aguja imantada, que bajo el efecto del campo magnético de la tierra, la aguja se orienta siguiendo el sentido de las líneas del campo. Aproximadamente el polo norte de la brújula apunta el polo norte geográfico.

Ubicación geográfica de los polosEl polo magnético sur de larra tierra queda aproximadamente por el polo geográfico norte. Y el polo geográfico sur queda cerca del polo magnético norte de la tierra. Debemos tomar en cuenta que los polos magnéticos se desplazan lentamente.

I. OBJETIVOS:

1. Identificar las características del campo magnético de la tierra2. Hallar la componente horizontal del campo magnético terrestre en el

laboratorio.3. Analizar el comportamiento de una barra magnética en un campo

magnético.

II. MATERIALES:

1 balanza de tres brazos1 cronómetro1 vernier1 brújula1 imán pequeño1 imán grande

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III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Debido a que la tierra se comporta como un gigantesco imán, por lo que la aguja magnética de la brújula se orienta según las líneas del campo magnético de la tierra, las cuales no coinciden exactamente con las líneas del meridiano geográfico. Existe un ángulo que forma el Meridiano Magnético respecto a de la dirección del meridiano geográfico , este se llama declinación magnética.Se estableció, por convención, que las declinaciones magnéticas

posicionadas al W (oeste) del meridiano geográfico que pasan por el lugar serán negativas y las que estén a la derecha o este serán positivas. Las líneas de fuerza salen e ingresan al núcleo de la tierra atravesando la corteza terrestre, son tangenciales al meridiano magnético describe un arco que provoca que al ingresar en el polo norte magnético lo hagan en

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forma vertical a la superficie terrestre. Cuando la inclinación es horizontal las líneas de fuerza están ubicadas en el Ecuador Magnético y a medida que se aleja hacia los polos se inclinan hasta llegar a la verticalidad en los polos, saliendo del polo sur e ingresando al polo norte magnético.

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

sus polos magnéticos y esta es tangente a la línea de fuerza de cada

punto. Cuando una barra magnética suspendida mediante un hilo muy delgado forma un ángulo , haciendo que este oscile y también

haciendo que obedezca a la siguiente fórmula ( siempre y cuando alfa sea

menor que 15°)

Donde I es el momento de inercia de la barra, es el momento magnético

de la barra y Bx la componente horizontal del campo magnético. El

momento magnético obedece a

Donde podemos deducir: El momento de inercia de un paralelepípedo rectangular de masa M y de lados a, b, c que gira alrededor de un eje está dado por:

A partir de la ley de Coulomb podemos deducir

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d es la distancia desde el punto media de la barra hasta un punto P y en el

S.I. .Si colocamos la barra magnética perpendicular al campo magnético terrestre, donde está el punto P, entonces el campo magnético resultante está en la dirección cuando el ángulo alfa es 45, en ese caso el campo magnético de la barra es igual a la componente horizontal del campo magnético terrestre.

IV. PROCEDIMIENTO:

4.1.- Determine cada uno de los materiales de su equipo

4.2.- 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 ecuación dada anteriormente.

I=( a2+b2

12 )M

I=( 0.06122+0.00632

12 )0.0187=5.89 x10−6

TABLA 1

MasaM(kg)

Longituda(m)

Anchob(m)

Momento de inerciaI (kg-m2)

0,0187 0,0612 0,00613 5.89 x10−6 Kg/m2

4.3.- Halle la distancia “ L” que está entre los polos magnéticos del imán, para hacerlo apóyese con la brújula. Asegúrese de antes de usar la brújula que no haya ningún material magnético en la mesa. Trace alguna líneas de fuerza que

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salgan de los polos, prolongue las líneas trazadas para encontrar su punto de convergencia y por consecuencia la posición del polo magnético

4.4.- Determine la dirección del campo magnético terrestre, alejando lo máximo la barra magnética y coloque la brújula en el centro de la mesa. Dibuje la dirección del campo magnético terrestre.

4.5.- Trace una perpendicular a la dirección del campo magnético terrestre y sobre esta recta alinee la barra magnética, tal como se muestra en la Figura 3 de la guía. El punto P es la intersección de las dos rectas que se han trazado.

4.6.- Halle la distancia “d”. Está será hallada colocando la brújula en el centro de la mesa y aleje la barra de imán hasta que la aguja imantada forme un ángulo de 45.

4.7.- Suspenda la barra magnética en la horquilla del magnetómetro y alinéela en la dirección del campo magnético terrestre. Apoyándose con otra barra magnética produzca oscilaciones con un ángulo menor de 10 °. Asegúrese de no haber otro material magnético sobre la mesa. Tome las medidas.

4.8.- Mida el tiempo que emplea la barra en hacer 5 oscilaciones y determine su periodo. Repita 5 veces y llene la tabla 2

TABLA 2

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Nº de mediciones 1 2 3 4 5

Nº de oscilaciones 10 10 10 10 10

Tiempo: t(s) 37.5 38.05 37.6 38.02 37.8

Período: T(s) 7.5| 7.61 7.52 7.60 7.56 T = 7.55s

L = 0,056 m d = 0,1343 m Bh =1.918 . 10−5

Bh=8 π √2 x10−7 x 5.89.10−6 x 0.1343

7.55(4 x ( 0.1343 )2−(0.056 )2)=1.918 .10−5T

V. CUESTIONARIO

5.1.- Utilice la ecuación que se mostró anteriormente para calcular la magnitud del campo terrestre en el laboratorio.

Con los cálculos anteriores tenemos que la magnitud del campo terrestre en el laboratorio es:

Bh=8 π √2 x10−7 x 5.89.10−6 x 0.1343

7.55(4 x ( 0.1343 )2−(0.056 )2)=1.918 .10−5T

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

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Es muy probable que el movimiento oscilatorio de la barra no haya sido ideal , es decir que el ángulo que se forme haya sido mayor que 15°.En el momento de medir el tiempo de cada oscilación se pudo tener un margen de error.El vernier tiene un error de lectura mínima.La presencia de otros materiales magnéticos pudo entorpecer la orientación de la brújula.Estos errores pudieron ser superados si la experiencia se hubiera hecho al aire libre y tener instrumentos de mayor precisión.

5.3.- Grafique la línea de fuerza de la barra magnética, señalando la posición de los polos magnéticos y las distancias L y d.

Bt Bh 0,056m

45°

Bp PN S

0,1343m

5.4.- ¿Cuáles son las características del campo magnético terrestre? ¿Cuál es el comportamiento de una barra magnética dentro de un campo magnético?

La dirección de la aguja imantada forma un ángulo de 15° con el eje terrestre.El campo magnético es uniforme en cualquier punto.Ha variado y seguirá variando respecto al tiempo.Es originado por los movimientos de metales líquidos en el núcleo externo líquido de la tierra

En el momento que una barra magnética es introducida en un campo magnético, colgando de un hilo delgado forma un ángulo con la componente horizontal del campo magnético de la tierra haciendo que oscile debido al torque producido por la fuerza magnética que actúa sobre la misma barra.

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

En el Ecuador magnético, el campo magnético no es horizontal, entonces sería vertical. Como habíamos mencionado antes, la inclinación magnética es el

m -m

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ángulo que forma el campo con la horizontal. En este caso la componente vertical sería máxima, debido a su latitud.Pero para un ángulo de 90°, la componente horizontal sería máxima ya que sen90=1. Esto sucedería en los polos (latitud=90)

VI. CONCLUSIONES

Es muy impreciso hallar la dirección del campo magnético por una brújula por las alteraciones que puede tener. Generalmente la componente vertical del campo magnético no coincide con el meridiano geográfico. Debemos tener en cuenta que los polos magnéticos están invirtiéndose con el pasar de los años. En el momento de tomar las mediciones en el laboratorio nos dimos cuenta que cualquier material magnético influye de manera notoria en la orientación de la aguja imantada de la brújula.

BIBLIOGRAFÍAhttp://www.bbc.com/mundo/noticias/2014/11/141111_ciencia_campo_magnetico_terrestre_inversion_jghttp://www.cienciaredcreativa.org/informes/magnetismo%201.pdfhttp://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numero/457/la-prxima-inversin-magntica-12424http://www.fisicapractica.com/campo-magnetico.php