Informe 9 Labo 3

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICA Experimento Nº6

CURSO

:

Laboratorio de FISICA III

TEMA

:

Campo magnético terrestre

PROFESOR

:

Guillen Guevara Arnulfo

INTEGRANTES

:

Jassmin Montalvo Gabriel 17190073

TURNO

:

Rodrigo Santome Garcia

17190279

Daniel Abanto Delgado

17190007

Luis Carhuaricra Enciso

17190250

Lunes, 2 – 4  – 4 pm

Ciudad Universitaria, Junio 2017

[INFORME DE LABORATORIO DE FISICA III]

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE I. OBJETIVOS: 

Determinar las características del campo magnético de la Tierra.



Determinar la componente horizontal del campo magnético terrestre en el laboratorio.



Analizar el comportamiento de una barra magnética en un campo magnético.

II. EXPERIMENTO: A. FUNDAMENTO TEORICO: MAGNETISMO

El magnetismo es un fenómeno físico caracterizado por el hecho de que, los cuerpos poseen esta propiedad, ejercen fuerzas de atracción y repulsión sobre otros objetos. Determinados materiales poseen características magnéticas y se conocen por tanto como imanes o magnetos. Todo imán tiene dos polos: el polo norte y el polo sur (dipolo magnético). Seguramente, usted conoce las siguientes formas de imanes: Ambos polos atraen objetos que, por lo menos parcialmente, están constituidos por materiales ferro magnéticos. Materiales magnéticos

Materiales diamagnéticos Plata, cobre, bismuto, agua. Estos intensifican el campo considerablemente. Materiales ferromagneticos Hierro, Cobalto, níquel. Estos intensifican el campo considerablemente. Materiales paramagnéticos Platino, aluminio, aire. Estos intensifican el campo muy levemente. Campo magnético de la tierra

Haciendo una simplificación, la Tierra se puede considerar como un imán de barra, que ejerce una fuerza de atracción y repulsión sobre otros imanes. Por esta razón, como bien se sabe, la aguja imantada de una brújula se orienta hacia los polos de la tierra, a lo largo de las líneas de campo. También parece que algunos animales, como las palomas, utilizan el campo magnético de la tierra para orientarse.

2

UNMSM

[INFORME DE LABORATORIO DE FISICA III]

El polo norte de una brújula indica aproximadamente la dirección del polo norte geográfico. En este caso, aparentemente, existe una contradicción con la regla de los polos (polos opuestos = atracción). En realidad, el imán de barra terrestre se encuentra polarizado inversamente, está contenido en el núcleo líquido exterior de la tierra y tiene una inclinación de unos 12° con respecto al eje de rotación de la Tierra. La Brújula

Una brújula consta básicamente de un imán apoyado sobre el centro del eje, lo que le permite rotar libremente. Por lo general, la brújula tiene una forma pequeña y sus extremos terminan en punta. Por esta razón se habla de la aguja imantada de la brújula. Bajo el efecto del campo magnético de la Tierra, la aguja se orienta siguiendo el sentido de las líneas de campo. Es decir, el polo norte de la brújula señala aproximadamente en la dirección del polo norte geográfico. Ubicación geográfica de los polos En realidad, el polo magnético sur de la tierra queda cerca del polo geográfico norte. En el mapa se puede ubicar exactamente el polo magnético a 74° de latitud norte y 100° de longitud oeste. El polo magnético norte queda en el plano exactamente a 72° de latitud sur y 155° de longitud este. Se debe tener en cuenta que los polos magnéticos se desplazan lentamente. Los valores mencionados se refieren a mediciones de los años 70. B. MATERIALES:

C. PROCEDIMIENTO

Examine y reconozca cada uno de los materiales de su equipo. Realice las calibraciones de los equipos. 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 siguiente expresión:

3

UNMSM

[INFORME DE LABORATORIO DE FISICA III]

Anota tus resultados en la Tabla 1 Tabla 1 Masa M (Kg)

Longitud a (m)

Ancho b (m)

Momento de Inercia I (Kg  –  m2)

0.019

0.06

0.006

1.18x10-4π

Determina la distancia, L, entre los polos magnéticos del imán. Para ello utilice la brújula. Antes de realizar la medición desaloje de la mesa de trabajo todo material magnético, como por ejemplo, reloj, anillos, gafas, etc. Coloque la barra magnética en el centro de la mesa y con la ayuda de la brújula trace algunas líneas de fuerza, que se salgan de los polos. Prolongando las líneas trazadas en la dirección en que ellas parecen converger para encontrar la posición de los polos magnéticos. Observe la Figura 4, mida la distancia L (distancia entre los polos magnéticos), y anote el valor en la Tabla 2.

Determine la dirección del campo magnético terrestre, retirando lo mas lejos la barra magnética y coloque la brújula en el centro de la mesa. Trace la dirección del campo magnético terrestre. 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. El punto P es la intersección de las dos rectas que se han trazado. Coloque la brújula en el punto P. Acercándose o alejando la barra magnética al punto P se consigue que las agujas de la brújula formen un ángulo θ = 45°. En esa posición mida la distancia “d” y registre este dato en la Tabla 2. Suspenda la barra magnética en la horquilla del magnetómetro y alinéela en la dirección del campo magnético terrestre. Con la ayuda de otra barra magnética produzca oscilaciones con ángulos de giro no mayores de 10°, que no tenga

4

UNMSM

[INFORME DE LABORATORIO DE FISICA III]

vibraciones laterales. Retire todos los cuerpos magnéticos una vez que la barra este oscilando. Mida el tiempo que emplea la barra magnética en realizar 10 oscilaciones completas y determine su periodo T. Repita esa medición 5 veces como mínimo y registre estos valores en la Tabla 2. Tabla 2 N° DE MEDICIONES N° DE OSCILACIONES TIEMPO: t(s) PERIODO: T(s) L = (0.04) m

1 2 3 10 10 10 6.6 6.5 5.8 1.51 1.53 1.72 D = (0.06)m

4 10 6.8 1.47

5 10 6.4 1.56 T = 7.79 Bh = 1.18

D. CUESTIONARIO 1. Con la ecuación (6) calcule la magnitud de la componente horizontal del campo magnético terrestre. Compare estos resultados con los valores correspondientes dados en las tablas de los textos.

- Las mediciones no siempre son exactas, por lo tanto los resultados varian.

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

Al momento de usar la brújula para poder medir el campo magnético de la tierra no sabemos si algún objeto a nuestro alrededor como celulares, imanes, o cualquier cuerpo con cierto magnetismo pueda influenciar en esta medición

5

UNMSM

[INFORME DE LABORATORIO DE FISICA III]

es por ello que debemos mantener todos estos lo más alejado posible. • Cuando realizamos la medida del tiempo es posible que nuestra percepción no sea tan exacta por lo que terminemos con algo de menos o más tiempo de lo que debió ser es por ello que realizar varias mediciones sería lo ideal. • Los objetos usados pudieron no haber estado con la precisión requerida para poder desarrollar con eficiencia el experimento. 3. Grafique la línea de fuerza de la barra magnética, señalando la posición de los polos magnéticos y la distancia L y d.

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

Generalmente la dirección del vector campo magnético es constante ya que se encuentra a pocos grados de desviación del eje terrestre. Cuando colocamos una barra magnética dentro de un campo magnético, La barra tiende a apuntar su polo magnético Norte con el polo magnético Sur de la Tierra que está cerca del polo Norte terrestre; y lo opuesto se cumple también pero en sentido contrario • El campo cambia con el tiempo, fenómeno conocido como la variación secular. Una parte importante de la variación secular es la deriva hacia el oeste, consiste en un movimiento hacia el oeste de las concavidades v convexidades características de un campo no dipolar así como el de los propios polos magnéticos. Esta es la razón por la que al campo magnético siempre se le añade una fecha. • El campo magnético terrestre representa una protección o pantalla contra las partículas del viento solar. En los momentos de mayor debilidad del campo magnético, las partículas de alta energía procedentes mayoritariamente del Sol pueden atravesarlo influyendo en el clima terrestre. • Otra característica que distingue al campo magnético terrestre es su magnetósfera. En las distancias grandes del planeta, esto domina el campo magnético superficial. Corrientes eléctricas inducidas en la Ionósfera también genera los campos magnéticos. Tal campo se genera siempre cerca de donde

6

UNMSM

[INFORME DE LABORATORIO DE FISICA III]

está la más próxima a la atmósfera al sol, causando las alteraciones diarias que pueden desviar los campos magnéticos superficiales cerca tanto como un grado. • El campo magnético terrestre es uniforme. • La dirección la imantación interna forma un ángulo de 15º con el eje terrestre. • Las líneas de inducción salen de la superficie terrestre por todo el hemisferio sur magnético y entran por el hemisferio norte magnético. Comportamiento de una barra magnética dentro de un campo magnética. • Al introducir una barra imanada en un campo magnético, esta se dispone si esta libre para girar de modo que su eje coincida con la dirección del campo exterior en cual está colocada. El “Por qué” la orienta en la dirección del campo se le atribuye frecuentemente a fuerzas ejercidas sobre los polos del imán. • En el caso del campo magnético terrestre, y tomando el principio de una brújula, una barra magnética se orienta en el plano de la línea de campo que pase por esa región espacial, apuntando su polo norte hacia el polo sur magnético terrestre. 5. ¿En qué lugar de la tierra la componente horizontal y vertical del campo magnético terrestre máximo? ¿Por qué? Explique esto 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 terrestres alrededor de 5,8 10-3Wb/m2 La magnitud del campo magnético será máxima en el Ecuador por su latitud. Para un ángulo/2, V es máximo; luego senα = senπ/2 = 1, esto se da en los polos. Este campo magnético se puede considerar estático, es decir que no varía con el tiempo, pero si que varía con la latitud: desde 25 microT en el ecuador

magnético

(30

microT

en

el

ecuador

geográfico)

hasta

aproximadamente 67 microT en los polos. En la Península Ibérica el campo magnético está en torno a 40 microT. E. CONCLUSIONES 

No se puede determinar la dirección del campo magnético terrestre atraves de la brújula. Por las alteraciones que pueda tener esta o la alteración de cuerpos cargados.

7

UNMSM

[INFORME DE LABORATORIO DE FISICA III]



El plano vertical que contiene a 11t (meridiano magnético) no coincide en general con el meridiano geográfico.

8

UNMSM