Campo magnético terrestre

Física. Electromagnetismo. Polos magnéticos. Polos geográficos. Corriente rectilínea. Ley de Biot-Savart

  • Enviado por: Ana
  • Idioma: castellano
  • País: Colombia Colombia
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MARCO TEORICO

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Un poderoso campo magnético rodea a la Tierra, como si el planeta tuviera un enorme imán en su interior y cuyos polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos de su eje. Esto se produce porque las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios de año en año.

El magnetismo de la Tierra es el resultado del movimiento que se produce dentro de ella. La teoría sugiere que el núcleo de hierro es líquido (excepto en el mismo centro, donde la presión solidifica el núcleo) y que las corrientes de convección, que se producen dentro del mismo, crean un gigantesco campo magnético.

Se calcula que el campo magnético tiende a trasladarse hacia el Oeste alrededor de 20 km. por año. El núcleo sólido interno gira más despacio que el núcleo exterior, explicándose así el traslado hacia el Oeste.
La intensidad del campo magnético de la Tierra varía en diferentes puntos de su superficie. Para medir la intensidad se utilizan aparatos llamados magnetómetros.

La orientación del campo magnético se ha desplazado a través del tiempo con respecto a los continentes, pero se cree que el eje sobre el que gira la Tierra ha sido siempre el mismo. Mediante estudios realizados en rocas, y en las anomalías magnéticas de las cuencas de los océanos, se ha calculado que el campo magnético ha invertido su polaridad alrededor de 170 veces en los últimos 100 millones de años. Esto se ha podido realizar a partir de los isótopos radiactivos de las rocas.

La ley de Biot-Savart

El físico Jean Biot dedujo en 1820 una ecuación que permite calcular el campo magnético B creado por un circuito de forma cualesquiera recorrido por una corriente de intensidad i.

'Campo magnético terrestre'

B es el vector campo magnético existente en un punto P del espacio, ut es un vector unitario cuya dirección es tangente al circuito y que nos indica el sentido de la corriente en la posición donde se encuentra el elemento dl. ur es un vector unitario que señala la posición del punto P respecto del elemento de corriente, m0/4p = 10-7 en el Sistema Internacional de Unidades.

MATERIALES

  • Brújula

  • Batería o fuente de corriente continua

  • Cables de conexión

  • Reóstato

  • Amperímetro

  • Tabla de mecánica

PROCEDIMIENTO

Utilizado el montaje de la figura nº 1, se procedió a medir los diferentes valores de corriente del circuito a través del amperímetro, para cada variación del reóstato, teniendo en cuenta también la medida del ángulo  correspondiente a la desviación de la brújula, manteniendo una distancia constante entre el cable y la brújula. Los datos obtenidos se encuentran en la tabla 1.

A continuación se estableció un valor de corriente constante y se tomaron las medidas del ángulo  para diferentes variaciones de la distancia del cable la brújula. Los datos obtenidos están consignados en la tabla 2.

DATOS

Tabla 1

CORRIENTE (A)

ANGULO (grados)

Tan 

2.6

21.8

0.4

2.8

29.24

0.56

3.1

33.42

0.66

3.2

43.83

0.96

3.4

46.93

1.07

3.6

62.96

1.26

3.8

53.81

1.367

4.08

56.41

1.506

4.2

59.08

1.67

4.4

61.34

1.83

4.54

63.88

2.04

4.8

64.85

2.13

Tabla 2

1/d ( m-1)

Ángulo  (Grados)

Tan 

45.45

50.88

1.23

30.4

40.03

0.84

23.5

35.37

0.71

17.4

27.92

0.53

12.82

22.29

0.41

GRAFICAS

GRAFICA 1

GRAFICA 2

ANALISIS DE DATOS

Para los datos obtenidos en la tabla 1 se obtuvo una pendiente

La cual se indica en la ecuación de la grafica 1. A partir de ella se procedió a calcular Bh teniendo en cuenta la siguiente ecuación:

'Campo magnético terrestre'

Teniendo en cuanta que Bh= 2.62*10-5 T

Error relativo porcentual:

Para los datos obtenidos en la tabla 2 se obtuvo una pendiente

La cual se indica en la ecuación de la grafica 2. A partir de ella se procedió a calcular Bh teniendo en cuenta la siguiente ecuación:

Error relativo porcentual:

RESPUESTAS

1. Utilizando la ley de Biot Savart demostrar la siguiente ecuación:

Demostración:

Reemplazando en la ecuación inicial se obtiene:

2. Calculara la magnitud del campo magnético en un punto a 100cm de un largo y delgado conductor que conduce una corriente de 1A.

Rta: Teniendo en cuenta la ecuación demostrada anteriormente se obtiene el siguiente resultado:

3. Un largo y delgado conductor conduce una corriente de 10ª, ¿a que distancia del conductor la magnitud del campo magnético resultante es de 1x10-4T?

Rta: Despejando el valor de d en la ecuación anterior, se tiene que:

CONCLUSIONES

  • La corriente y el campo magnético son directamente proporcionales.

  • Puede considerarse que el campo magnético alrededor de un conductor rectilíneo por el que fluye una corriente se extiende desde el conductor igual que las ondas creadas cuando se tira una piedra al agua.

  • Las líneas de fuerza del campo magnético tienen sentido antihorario cuando se observa el conductor en el mismo sentido en que se desplazan los electrones.

  • El campo en torno al conductor es estacionario mientras la corriente fluya por él de forma uniforme.

'Campo magnético terrestre'

'Campo magnético terrestre'

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