Brújula

José Luis Giordano
Febrero 18, 2006 (Última revisión: Marzo 21, 2006)

1-QUÉ ES: La brújula es un instrumento con una aguja magnetizada (i.e., un imán) con libertad de girar alrededor de un eje. La aguja de este instrumento se orienta indicando la dirección y el sentido Norte-Sur magnéticos, de la componente en el plano de rotación, del campo magnético local en el cual esté inmersa.2-PARA QUÉ SIRVE: Sirve para indicar aproximadamente la dirección Norte-Sur geográficos, como se ve en la siguiente fotografía, donde la escala N-E-S-W de la brújula, corresponde al Norte-Este-Sur-Oeste del mapa sobre el que se encuentra.
Pero el campo terrestre puede estar localmente afectado por la presencia de estructuras de hierro dentro de paredes, techos y pisos, rocas magnéticas o piezas dehierro cercanas. Esto se ve en la siguiente foto, donde cerca de la brújula anterior se han colocado 2 clavos de hierro. Como la aguja siempre se orienta según las líneas (de la componente en el plano de giro) del campo magnético total que le rodea, la orientación que se observa, debe ser la superposición del campo terrestre con un campo generado por el conjunto de clavos.
Como las líneas delcampo terrestre van hacia arriba en la fotografía, se deduce que debe haber un campo de intensidad similar apuntando aproximadamente hacia abajo en la zona donde se encuentra la brújula. Por lo tanto, los clavos deben tener una magnetización remanente con el polo N magnético en la parte superior. Las líneas del campo que generan estas piezas de hierro se cierran desde N hacia S, a través de labrújula.
Aquí se ve (aunque de forma exagerada), cómo este instrumento puede dar una falsa orientación del Norte geográfico. Cualquier soldado sabe, por ejemplo, que no debe usar una brújula cerca de su arma.

Las brújulas también son utilizadas en experimentos, demostraciones y con fines educacionales, por ejemplo, para señalar la dirección y el sentido de campos magnéticos producidos por bobinas ypor imanes, y para medir la intensidad del campo magnético terrestre.

3-DE QUÉ ESTÁ HECHO: Las brújulas con aguja de hierro utilizadas por los conquistadores europeos, durante los viajes se iban desmagnetizando. Por lo tanto, los navegantes cuidaban con su vida una piedra de magnetita que llevaban para magnetizar la brújula durante la travesía.

Las agujas de las brújulas modernasgeneralmente son metálicas, de aceros inoxidables con aleantes que le confieren más coercitividad. Uno de estos aceros, por ejemplo, es el acero al tungsteno, que tiene 92.8wt-% Fe, 0.7wt-% C, 0.5wt-% Cr y 6wt-% W (donde "wt-%" significa "porcentual en peso").

Los materiales de las otras partes, deben ser no magnéticos (plásticos, vidrio, latón, aluminio, etc.)

4-CÓMO FUNCIONA: Por un lado, laTierra se comporta como si tuviese un imán enorme en su interior, con los polos aproximadamente a lo largo del eje de rotación terrestre, con el polo S magnético cerca del polo Norte geográfico. Y por otra parte, la pieza móvil de la brújula suele ser una aguja imantada longitudinalmente (es decir, un imán con el polo N magnético diferenciado, por ejemplo pintado de color rojo). Por lo tanto, comopolos magnéticos diferentes se atraen, el N magnético de la brújula es atraído hacia el polo S magnético de La Tierra (donde aproximadamente está el N geográfico), y entonces, la punta roja de la aguja señala hacia el Norte.

El funcionamiento de la brújula se puede describir matemáticamente viendo que su principio físico es la tendencia de los cuerpos magnetizados (y magnetizables) a orientarseen la misma dirección y sentido que el campo magnético que le rodea. Supongamos que se coloca una aguja imantada sujeta por un "pivote" o engarzada a un eje (para que pueda girar libremente en un plano), en una región de campo magnético exterior B (en tesla, T). La propiedad física que corresponde al magnetismo existente en la pequeña aguja, es el vector momento dipolar magnético m. En el SI, m...