Campo magnetico terrestre

I. Objetivos:

• Conocer la orientación del campo magnético terrestre y sus características a partir de su interacción con un imán.

• Conocer y calcular el campo magnético tangencial (componente horizontal) donde se está realizando el experimento.

II. Experimento:

A. Modelo Físico:

Cuando tenemos una brújula observamos que la aguja magnética se orienta hacia el norte,podemos inferir que está interactuando con un campo magnético que es el campo magnético terrestre, es decir la tierra se comporta como un gigantesco imán.

El norte de la aguja magnética será atraído por el polo sur magnético terrestre. Si observamos con mayor prolijidad en cualquier punto de la superficie terrestre constatamos que el polo sur magnético terrestre está al norte geográfico pero, nocoinciden; dando lugar a un ángulo denominado declinación (desviación del meridiano magnético con respecto al meridiano geográfico). La Tierra es un imán de grandes dimensiones, tendrá su propio conjunto de líneas de fuerzas.

Líneas de Fuerza Magnética Terrestre

Se observa la ubicación de los polos magnéticos con relación a los polos geográficos. La inducción magnética [pic] en todo punto estangente a la línea de fuerza que pase por dicho punto y esta tangente no necesariamente es horizontal en la región considerada de la superficie terrestre.

Una barra magnética suspendida por un hilo muy delgado está en condiciones de oscilar debido a su interacción con la inducción magnética de la Tierra y si la amplitud del movimiento oscilatorio de barra magnética es menor que 10º, su periodode oscilación (T), está dado por la siguiente expresión:

[pic]…. (1)

Donde:

• [pic]: Componente tangencial (horizontal del campo magnético terrestre).
• [pic] Momento de inercia de la barra magnética con respecto a un eje que coincide con la dirección del hilo.
• [pic]: Componente horizontal del campo magnético de la barra.
• [pic]: Momento magnético de la barramagnética.

De (1), se puede observar que conociendo [pic] e [pic], se puede determinar el valor del producto [pic][pic]

Ahora por definición el momento magnético [pic] de la barra es:

[pic]= mL

Donde:

• m es la carga magnética o llamada masa magnética.
• L es la distancia entre los centros de las masas magnéticas o polos magnéticos.

De otro lado vamos a analizar lainteracción estática de una brújula con la barra magnética, para ello, orientamos la barra magnética en una dirección perpendicular al campo magnético terrestre.

En estas condiciones una brújula colocada a una distancia d del centro de la barra, estará sometida a la acción de dos campos magnéticos: [pic](componente horizontal del campo magnético terrestre) y el campo [pic]en el punto en el que seubica la brújula y se determina utilizando el concepto de polos magnéticos, o sea que [pic]es la resultante de los campos magnéticos producidos en dicho punto, por los polos +m y –m.

Por lo tanto [pic]está dado por la siguiente expresión:

[pic] …. (2)

Donde [pic] es momento magnético de la misma barra que se hace oscilar. Si [pic] es el ángulo que hace la aguja de la brújula con ladirección de [pic] como se muestra en la Fig. Nº 3, entonces:

[pic] …. (3)

Eliminando [pic] de (1) y (3) se obtiene:

[pic] …. (4)

Expresión que nos permite determinar el valor de [pic].

B.- Diseño:

Diseño pictórico

Situación para la obtención del valor “d”

Situación para la obtención del valor “L”

Situación para la obtención del valor “D”

C. Equipos y materiales:

1.Una brújula.
2. Un imán (barra magnética).
3. Un calibrador vernier.
4. Un regla metálica.
5. Un soporte de madera.
6. Una plancha de tecnopor de aproximadamente 2 cm de espesor.
7. Una cuerda.
8. Una balanza.
9. Un cronómetro.

D. Rango de trabajo:

• Balanza.- El rango de trabajo de este instrumento es de 0 - 4Kg.
• Calibrador...