Materiales diamagnéticos
Pla&a, co%re, %ism"&o, a/"a. Os&os a&enúan m"4 oco el camo, es decir, no son ma/n5&icos.
Materiales ferromagnéticos
Kierro, co%al&o, n'F"el. Os&os in&ensi$ican el camo considera%lemen&e.
Materiales paramagnéticos
Pla&ino, al"minio, aire. Os&os in&ensi$ican el camo m"4 levemen&e.
Cam,o magn2tico de la "ierra
Kaciendo "na simli$icacin, la Tierra se "ede considerar como "n imán de %arra, F"e e1erce "na $"er9a de a&raccin 4 re"lsin so%re o&ros imanes . Por es&a ra9n, como %ien se sa%e, la a/"1a
iman&ada de "na %rú1"la se orien&a 7acia los olos de la &ierra, a lo lar/o de las l'neas de camo. Tam%i5n arece F"e al/"nos animales, como las alomas, "&ili9an el camo ma/n5&ico de la &ierra
ara orien&arse.
El olo nor&e de "na %rú1"la indica
aroximadamen&e la direccin del olo nor&e /eo/rá$ico. En es&e caso, aaren&emen&e, exis&e "na con&radiccin con la re/la de los olos (olos o"es&os V a&raccin). En realidad, el imán de %arra &erres&re se enc"en&ra olari9ado
inversamen&e, es&á con&enido en el núcleo l'F"ido ex&erior de la &ierra 4 &iene "na inclinacin de "nos *:8 con resec&o al e1e de ro&acin de la Tierra.
Origen del campo magnético terrestre
El núcleo in&erno de la &ierra es slido 4 el núcle o ex&erno es l'F"ido. En el núcleo l'F"ido ex&erior se rod"ce la conveccin (movimien&o circ"lar) de la me9cla l'F"ida de 7ierro, n'F"el 4 a9"$re, lo F"e ca"sa "na corrien&e el5c&rica de ma/ni&"d inima/ina%le. Es&o ori/ina "na ind"ccin elec&roma/n5&ica en el núcleo de la Tierra, F"e rod"ce, a s" ve9, "n /i/an&esco camo ma/n5&ico.
a brQ.ula
Una %rú1"la cons&a %ásicamen&e de "n imán ao4ado s o%re el cen&ro del e1e, lo F"e le ermi&e ro&ar li%remen&e. Por lo /eneral, la %rú1"la &iene "na $orma eF"ea 4 s"s ex&remos &erminan en "n&a. Por es&a ra9n se 7a%la de la a/"1a iman&ada de la %rú1"la. a1o el e $ec&o del camo ma/n5&ico de la Tierra, la a/"1a se orien&a si/"iendo el sen&ido de las l'neas de camo. Es decir, el olo nor&e de la %rú1 "la seala aroximadamen&e en la direccin del olo nor&e /eo/rá$ico
U%icacin /eo/rá$ica de los olos
En realidad, el olo ma/n5&ico s"r de la Tierra F"eda cerca del olo /eo/rá$ico nor&e. En el maa se "ede "%icar exac&a men&e el olo ma/n5&ico a ?+8 de la&i&"d nor&e 4 *8 de lon/i&"d oes&e.
El olo ma/n5&ico nor&e F"eda en el lano exac&amen&e a ?:8 de la&i&"d s"r 4 *==8 de lon/i&"d es&e.
e de%e &ener en c"en&a F"e los olos ma/n5&icos se desla9an len&amen&e. !os valores mencionados se re$ieren a mediciones de los aos ?.
CÁLCULO
DEL CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA
ColoF"e la %rú1"la so%re la mesa 4 o%serve la direc cin F"e indica la a/"1a. 2ire la %rú1"la ree&idamen&e en di$eren&es direcciones. QCmo se comor&a la a/"1a
Conse1oG
Man&en/a la %rú1"la ale1ada lo s"$icien&e de los imanes de %arra. A ,= m de dis&ancia, la in$l"encia es &odav'a clara, mien&ras F"e a * m, or lo /eneral, es s"$icien&emen&e
escasa .
!a a/"1a se orien&a cada ve9 en o&ra direccin. !a a/"1a se orien&a siemre en la misma direccin.
En la /rá$ica, la %rú1"la es&á ro&"lada con los "n &os cardinales. QC"ál es la ro&"lacin correc&a
QC"ál es la olaridad del lado de la a/"1a ma/n5&ic a F"e se orien&a 7acia el olo nor&e /eo/rá$ico
*6
O$5E"IVOS
· De&erminar las carac&er's&icas del camo ma/n5&ico de la Tierra.
· De&erminar la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re en el la%ora&orio. · Anali9ar el comor&amien&o de "na %arra ma/n5&ica en "n camo ma/n5&ico.
*6
MA"ERIAES
+6
FUNDAMEN"O "EJRICO
Es m"4 conocido F"e la a/"1a de "na %rú1"la se orien&a de s"r a nor&e de%ido al camo ma/n5&ico &erres&re. !a Tierra se comor&a como "n /i/an&esco imán. !a a/"1a ma/n5&ica de la %rú1"la se orien&a se/ún las l'neas del camo ma/n5&ico de la Tierra, las c"ales no coinciden exac&amen&e con las l'neas del meridiano /eo/rá$ico. i/. *
El án/"lo F"e $orma el Meridiano Ma/n5&ico resec&o de la direccin del meridiano /eo/rá$ico se llama
declinaci&n magn2tica D04 "ede es&ar osicionado a la i9F"ierda ()
o a la derec7a (E) del meridiano /eo/rá$ico. Por c onvencin se es&a%leci F"e las
declinaciones ma/n5&icas osicionadas al (oes&e) del meridiano /eo/rá$ico F"e asa or el l"/ar serán Negati)as (D ) 4 las F"e es&5n a la derec7a o E (es&e) será n ositi)as D L06
Es&"dios reali9ados d"ran&e m"c7os aos ermi&ieron es&a%lecer F"e la D (declinacin
ma/n5&ica) man&iene "n sen&ido de crecimien&o o a"men&o de s" valor en /rados 7as&a lle/ar a "n valor máximo F"e man&iene d"ran&e "n er'odo con sidera%le ara comen9ar a decrecer (dismin"cin de s" valor en /rados).
!as l'neas de $"er9a salen e in/resan al núcleo de la Tierra a&ravesando la cor&e9a &erres&re, son &an/enciales al meridiano ma/n5&ico. El meridiano ma/n5&ico descri%e "n arco F"e rovoca F"e al in/resar en el olo nor&e ma/n5&ico lo 7a/an en $orma ver&ical a la s"er$icie &erres&re. C"ando la inclinacin es 7ori9on&al las l'neas de $"er9a es&án "%icadas en el Ecuador Magn2tico4 a medida F"e se ale1an 7acia los olos se inclinan 7as&a lle/ar a la ver&icalidad en los olos, saliendo del olo s"r e in/resando en el olo nor&e ma/n5&ico.
!a in&ensidad del camo ma/n5&ico &erres&re en "n "n&o dado deende de s"s olos ma/n5&icos 4 es &an/en&e a la l'nea de $"er9a F"e asa or dic7o "n&o. C"ando "na %arra ma/n5&ica s"sendida median&e "n 7ilo m"4 del/ado $ormando "n án/"lo con la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re, inicia "n movimien&o oscila&orio de%ido al &orF"e rod"cido or la $"er9a ma/n5&ica, como se m"es&ra. i el án/"lo f *=_ en&onces el movimien&o de la %arra ma/n5&ica se odrá considera r como armnico simle, en es&e caso s" eriodo de oscilacin es&a dado orG
T 2 I . (*)
B x
Donde, I es el momen&o de inercia de la %arra con resec&o al e1e de ro&acin, es el momen&o ma/n5&ico de la %arra 4 \ es la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re. Por
de$inicin, el momen&o ma/n5&ico de la %arra es&á dado orG V m . !
(:) donde, m es la la car/a ma/n5&ica o &am%i5n llamada masa ma/n5&ica 4 ! es la dis&ancia en&re las masas ma/n5&icas. De la ec"acin (*) se ded"ce F"eG
B
x 4 2
I
(;)
T
2El momen&o de inercia de "n aralele'edo rec&an/"lar de masa M F"e /ira alrededor de "n e1e, es&á dado orG
a
I
M (a
2 b
2,
(+)12
"#$ra 2
Por o&ro lado, la ma/ni&"d del camo ma/n5&ico de la %arra ma/n5&ica, en el "n&o P, &al como se m"es&ra, se enc"en&ra a ar&ir de la le4 de Co"lom% ara el camo ma/n5&ico, 4 viene dada orG
B
P 32kmLd
, (=)(4
d 2 L2,
2donde, d es la dis&ancia desde el "n&o medio de la %arra al "n&o P (ver i/"ra ;) 4 m es la masa ma/n5&ica. En el I k10 Wb
Am B Bt L B 5 - 6 P ! "#$ra 3
i la %arra ma/n5&ica se orien&a erendic"larmen&e al camo ma/n5&ico &erres&re, se enc"en&ra F"e, en el "n&o P, el camo ma/n5&ico &o&al, T, es&á en la direccin como el F"e
se m"es&ra en la i/"ra ;. C"ando el án/"lo V +=_ en&onces el camo ma/n5&ico de la %arra es i/"al a la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re, es decir, V 7.
C"ando es&o oc"rre la ec"acin (=) se &rans$orma enG
B x 8 2
kId
(>)T(4d2 L2,
(67
ROCEDIMIEN"OS
+.* Examine 4 recono9ca cada "no de los ma&eriales de s" eF"io. Realice las cali%raciones de los eF"ios
+.: U&ilice la %alan9a de masas 4 mida el valor de la masa de la %arra ma/n5&ica, M, en ^ilo/ramos. Con el vernier mida las dimensiones, a 4 %, de la %arra ma/n5&ica. A ar&ir de es&os da&os medidos 7alle el momen&o de inercia de la %arra ma/n5&ica "sando la si/"ien&e exresin
G
2 b 2 a(?)
I 12 MAno&e &"s res"l&ados en la Ta%la *.
TA!A *
MAA !<N2ITUD ANCK< M<MENT< DE INERCIA
M(^/) a(m) %(m) I (^/m:)
+.; De&ermina la dis&ancia, !, en&re los olos ma/n5&icos del imán. Para ello "&ilice la %rú1"la. An&es de reali9ar la medicin desalo1e de la mesa de &ra%a1o &odo ma&erial ma/n5&ico,
como or e1emlo, relo1, anillos, /a$as, e&c. ColoF"e la %arra ma/n5&ica en el cen&ro de la mesa 4 con la a4"da de la %rú1"la &race al/"nas l'n eas de $"er9a, F"e se sal/an de los olos.
Prolon/ando las l'neas &ra9adas en la direccin en F"e ellas arecen conver/er ara encon&rar la osicin de los olos ma/n5&icos. <%serve la i/"ra +, mida la dis&ancia ! (dis&ancia en&re los olos ma/n5&icos), 4 ano&e el valor en la Ta%la :.
L i/"ra +
+.+ De&ermine la direccin del camo ma/n5&ico &eres&re, re&irando lo más le1os osi%les la %arra ma/n5&ica 4 coloF"e la %rú1"la en el cen&ro de la mesa. Trace la direccin del camo ma/n5&ico &erres&re.
+.= Trace "na erendic"lar a la direccin del camo ma/n5&ico &erres&re 4 so%re es&a rec&a alinee la %arra ma/n5&ica, &al como se m"es&ra en la i/"ra ;. El "n&o P es la in&erseccin de las dos rec&as F"e se 7an &ra9ado.
+.> ColoF"e la %rú1"la en el "n&o P. Acercándose o ale1ando la %arra ma/n5&ica al "n&o P se consi/"e F"e las a/"1as de la %rú1"la $ormen "n án/ "lo g V +=_. En esa osicin mida la dis&ancia d 4 re/is&re es&e da&o en la Ta%la :.
+.? "senda la %arra ma/n5&ica en la 7orF"illa del ma/ne&me&ro 4 alin5ela en la direccin del camo ma/n5&ico &erres&re. Con la a4"da de o&ra %arra ma/n5&ica rod"9ca oscilaciones con án/"los de /iro no ma4ores de *_, F"e no &en/a vi%raciones la&erales. Re&ire &odos los c"eros ma/n5&icos "na ve9 F"e la %arra es&5 oscilando.
+.@ Mida el &iemo F"e emlea la %arra ma/n5&ica en reali9ar * oscilaciones comle&as 4 de&ermine s" eriodo T. Rei&a es&a medicin = veces como m'nimo 4 re/is&re es&os valores en la Ta%la :. Ta%la : N_ DE MEDICI<NE * : ; + = N_ DE <CI!ACI<NE TIEMP<G &(s) PERI<D<GT(s) TV !V( ) m dV ( )m
7 V<%servacinG * nT V * nano&esla V *B Tesla (T).
167 CUES"IONARIO
=.* U&ilice la ec"acin (>) ara calc"lar la ma/ni&"d de la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re en el !a%ora&orio. Comare s" res"es&a ara el camo ma/n5&ico de la Tierra en la%ora&orio con el valor &erico o%&enido del modelo de re$erencia del camo /eoma/n5&ico :, F"e se enc"en&ra en la á/ina he % en l'nea 7&&GLLhhh.n/dc.noaa./ovLc/i%inLse/L/ma/L$ldsn&7:.l 4 disc"&a las ra9ones ara las discreancias en los res"l&ados.
Ta%la ; Coordenadas /eo/rá$icas 4 al&"ra en msnm en el a&io de la C "sando "n 2P de * m de resol"cin esacial.
!ATITUD !<N2ITUD A!TURA K<RA !U2AR
* *:8 ;j ;>jj ??8 +j =+jj B= m *:G=*G Pa&io de la ac"l&ad deCiencias 'sicas
=.: Q6"5 $"en&es de error considera "s&ed F"e 7an a$ec&ado a los res"l&ados F"e 7a o%&enido QCmo odr'an s"erarse es&os errores
=.; 2ra$iF"e la l'nea de $"er9a de la %arra ma/n5&ica, sealando la osicin de los olos ma/n5&icos 4 las dis&ancias ! 4 d.
=.+ QC"áles son las carac&er's&icas del camo ma/n5 &ico &erres&re QC"ál es el comor&amien&o de "na %arra ma/n5&ica den&ro de "n camo ma/n5&ico
=.= QEn F"5 l"/ar de la Tierra los comonen&es 7ori9on&al 4 ver&ical del camo ma/n5&ico &erres&re son máximos QPor F"5 Exli F"e /rá$icamen&e.
867 SU%ERENCIAS ! CONCUSIONES
INDUCCIJN MA%N9"ICA !
"RANSFORMADORES
EKERIENCIA N
O'
O$5E"IVOS
*. Es&"diar al/"nos $enmenos de ind"ccin elec&roma/n5&ica
:. De&erminar la relacin en&re corrien&e ind"cida 4 la variacin de $l"1o ma/n5&ico
;. Es&"diar la relacin de &rans$ormadores
!a elec&ricidad 4 el ma/ne&ismo es&án es&rec7amen&e relacionados, "es la corrien&e el5c&rica mani$ies&a "n e$ec&o ma/n5&ico.
El elec&roma/ne&ismo a%arca los $enmenos $'sicos F"e &ienen F"e ver con el e$ec&o de las car/as 4 corrien&es el5c&ricas, 4 las $"er9as F"e res"l&an de es&os $enmenos.
En *@*B, el $'sico 4 F"'mico dan5s Kans C7ris&ian <ers&ed (*??? a *@=*) desc"%ri F"e "na a/"1a iman&ada se desv'a or la corrien&e F"e circ"la a &rav5s de "n alam%re, con lo F"e $"nd el elec&roma/ne&ismo.
En los aos si/"ien&es, aroximadamen&e a ar&ir de *@::, el $'sico 4 F"'mico %ri&ánico Mic7ael arada4 se oc" del es&"dio del e$ec&o con&rario, es decir, la conversin del ma/ne&ismo en elec&ricidad. En *@;* "do demos&rar las rimeras r"e%as, "%licando s"s &ra%a1os %a1o el conce&o de ind"ccin elec&roma/n5&ica, &ra%a1o F"e lo 7i9o $amoso.
CAMO MA%N9"ICO AREDEDOR DE UN CONDUC"OR E9C"RICO
Todo cond"c&or el5c&rico or el F"e circ"la "na corrien&e /enera "n camo ma/n5&ico. Dic7o camo se ori/ina de%ido a F"e los or&adores de car/a (elec&rones) se m"even den&ro del cond"c&or. !a si/"ien&e animacin m"es&ra el camo ma/n5&ico /enerado or "n cond"c&or or el F"e $l"4e "na corrien&eG
Un cond"c&or or el F"e circ"la corrien&e es&á rode ado or l'neas de cam,o conc2ntricas. Para de&erminar el sen&ido de las l'neas de camo se "ede alicar la llamada re/la del &ornilloG
!as l'neas del camo ma/n5&ico rodean el cond"c&or or el F"e circ"la corrien&e en la misma direccin en la F"e 7a%r'a F"e /irar "n &ornillo (de rosca derec7a) ara are&arlo en el sen&ido &5cnico del $l"1o de la corrien&e.
Veri@icaci&n del cam,o magn2tico de una bobina
Con "na %rú1"la se anali9ará "na %o%ina mien&ras o r ellacirc"la "na corrien&e al i/"al F"e c"ando no se alica nin/"na corrien&e. En es&e caso, se de&erminarán ci er&as roiedades ma/n5&icas 4 la $orma de las l'neas de camo.
Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&alG
· Re&ire la %rú1"la de s" soor&e 4 ac5rF"ela len&am en&e a la %o%ina. · <%serve la orien&acin de la a/"1a de la %rú1"la.
Comlemen&e el arre/lo exerimen&al. !a animacin TEP: m"es&ra la manera de 7acerlo.
· M"eva de n"evo la %rú1"la alrededor de la %o%ina or la F"e a7ora circ"la corrien&e. · <%serve la direccin de la corrien&e.
Q6"5 se "ede a$irmar acerca de la orien&acin de al a/"1a de la %rú1"la c"ando se la coloca en di$eren&es osiciones alrededor de la %o%ina sin corrien&e Ano&e lo o%servado Q6"5 se "ede a$irmar acerca de la orien&acin de al a/"1a de la %rú1"la c"ando se la
coloca en di$eren&es osiciones alrededor de la %o%ina or la F"e circ"la corrien&e Ano&e lo o%servado
<%serve el comor&amien&o de la a/"1a de la %rú1"la en di$eren&es osiciones con resec&o a la %o%ina or la F"e circ"la corrien&e. Por $avor, ordene las si/"ien&es a$irmacionesG
A) Q!a a/"1a de la %rú1"la se orien&a
) Q!as l'neas de camo descri%en "n arco