UNIVERSIDAD INCCA DE COLOMBIA

CAMPO MAGNETICO DE LA TIERRA

Presentado a ÓSCAR LAITON

Integrantes

Laura morales (73322) Angie Trujillo (73192) Daniel Sánchez (73298) Andrés García (73266)

Fecha de realización de la práctica: 30/09/2014

Fecha de entrega del informe: 7/10/2014

Resumen

Es bien sabido por un adagio popular que nosotros estamos pegados a la tierra porque ella es un imán para nosotros y en parte eso tiene que ver pues la tierra es una gran masa magnética que nos mantienen a nosotros en estado equilibrado en la naturaleza y a su vez la tierra comparte un estado magnético con el sol y el son con la galaxia y esta interacción es infinita tanto en términos de mega como en términos de micro entonces expliquemos uno de los fenómenos fascinantes de la física y el electromagnetismo de calcular el campo magnético de la tierra partiendo de un bobina y un brújula puesto que la electricidad va muy ligada al magnetismo es la forma como podemos comprender y analizar este fenómeno.

Objetivos

Definir el campo magnético de la tierra

Marco teórico

Ley de maxwell

El electromagnetismo de Maxwell es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza. A mediados del s. XIX, los científicos sabían que los fenómenos eléctricos y magnéticos guardaban relación, pero desconocían cómo ni porqué. Buscaban la respuesta. Algunos como Morse y Marconi supieron ver su importancia para las telecomunicaciones.

Oersted demostró que las corrientes eléctricas producían campos magnéticos. Y Faraday el proceso inverso, es decir, que un campo magnético podía producir corrientes eléctricas. Pero fue el escocés James Clerk Maxwell quien unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos en una única fuerza, en 1873.

Maxwell creía que todo el espacio estaba lleno de una sustancia electromagnética invisible, una especie de éter, por el que se expandían las fuerzas. Lo imaginaba como las celdillas de un panal de abejas, y por su interior discurría la energía. Introdujo la idea de

campos de energía. La causa de todo magnetismo era un movimiento de carga eléctrica. Las corrientes eléctricas son movimientos de carga eléctrica y, por eso, producen un campo magnético. Cuando dos corrientes eléctricas circulan en el mismo sentido, se atraen. Si circulan en sentido contrario, se repelen.

Hans Christian Oersted

En 1813 ya predijo la existencia de los fenómenos electromagnéticos, que no demostró hasta 1820, inspirando los desarrollos posteriores de André-Marie Ampère y Faraday, cuando descubrió la desviación de una aguja imantada al ser colocada en dirección perpendicular a un conductor eléctrico, por el que circula una corriente eléctrica, demostrando así la existencia de un campo magnético en torno a todo conductor atravesado por una corriente eléctrica, e iniciándose de ese modo el estudio del electromagnetismo.

MAGNETISMO:

Es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo se da particularmente en los cables de electro matización. Líneas de fuerza magnéticas de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.

El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los 2 componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.

CAMPO MAGNÉTICO ALREDEDOR DE UN CONDUCTOR

Siempre que hay un flujo de corriente a través de un conductor existe un campo magnético en torno a él, y la dirección de este campo depende del sentido de la corriente eléctrica.

Cuando la corriente circula de izquierda a derecha, el sentido del campo magnético es contrario a las agujas del reloj. Si el sentido del flujo de la corriente se invierte, el sentido del campo magnético también se invierte.

El sentido del campo magnético es contrario a las agujas del reloj cuando la corriente circula de izquierda a derecha, y viceversa El sentido del campo magnético es contrario a las agujas del reloj cuando la corriente circula de izquierda a derecha, y viceversa

El sentido del campo magnético es contrario a las agujas del reloj cuando la corriente circula de izquierda a derecha, y viceversa

Si realizásemos un corte transversal del conductor y pudiésemos observar el campo magnético que lo rodea desde esa perspectiva, veríamos la forma que adopta el campo

magnético a todo lo largo del conductor. En la ilustración, el círculo central es el conductor y los círculos con flechas indican el sentido de la líneas de fuerza; el punto del círculo central significa que la corriente va en dirección a usted, mientras que la cruz significa que la corriente viene desde usted.

El campo magnético producido por una corriente eléctrica, siempre forma ángulo recto con la corriente que lo produce. El campo magnético tiene dirección e intensidad, y sus líneas de fuerza están concentradas cerca del conductor, disminuyendo a medida que la distancia al conductor aumenta. En realidad, el campo magnético de un conductor no se limita a un solo plano, sino que se extiende a lo largo de toda su longitud.

CAMPO MAGNÉTICO ALREDEDOR DE CONDUCTORES PARALELOS

CORRIENTES DIRECTAS

Los campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas en conductores paralelos causarán atracciones o repulsiones dependientes de la dirección en que fluya la corriente en cada conductor. En siguiente ilustración puede observarse el efecto de dos corrientes paralelas que fluyen en la misma dirección.

En la zona ente los conductores, las líneas de fuerza se oponen, causando la debilitación del campo. En la zona de fuera de los conductores, el campo se refuerza. A causa de la debilitación del campo, las líneas de fuerza tienden a abrazar a ambos conductores y éstos se atraen uno al otro. Por lo tanto, se puede establecer que las corrientes paralelas fluyendo en la misma dirección producen campos electromagnéticos que se atraen.

CORRIENTES OPUESTAS

En la siguiente ilustración puede observarse el efecto de dos corrientes paralelas que fluyen en direcciones opuestas. La dirección de las líneas de fuerza indican que los campos magnéticos en la zona entre los dos conductores se ayudan el uno al otro. Ya que ahora esta parte interior del campo magnético está reforzado en relación con la parte externa de los conductores, tenderá a separarlos, por ello las líneas concéntricas están más juntas entre sí en la parte interior que la exterior. Por lo tanto, podemos establecer, que corrientes paralelas, fluyendo en direcciones opuestas, producen campos electromagnéticos que se repelen.

REGLA DE LA MANO IZQUIERDA PARA UN CONDUCTOR

La relación entre la dirección de las líneas de fuerza del campo y la corriente en el conductor, viene determinada por la regla de la mano izquierda para un conductor. Esta regla se basa en la teoría electrónica del flujo de corriente de negativo a positivo, y se la emplea para determinar el sentido de las líneas de fuerza de un campo electromagnético.

Para aplicar la regla, se toma el conductor con la mano izquierda, con el pulgar extendido en la dirección en que fluye la corriente. En esta posición, la extensión de los dedos indica la dirección del campo magnético, que como se ha dicho, es contraria a las agujas del reloj cuando la corriente entra desde izquierda a derecha.

EFECTOS ELECTROMAGNÉTICOS EN UNA BOBINA

Los efectos electromagnéticos sobre un conductor, o conductores paralelos, ya descritos en apartados estudiados anteriormente, tienen su extensión en los conductores que adoptan formas diferentes a una línea recta.

Así, cuando un conductor es enrollado sobre alguna forma tubular con objeto de darle sentido circular (espira), o sobre algún material con propiedades magnéticas, las líneas de fuerza siguen reglas similares a las de un conductor lineal, pero sufren modificaciones provocadas por los diferentes parámetros que intervienen, tales como el número de espiras, el material utilizado como núcleo, la distancia entre espiras, intensidad de la corriente aplicada, etc.

Además, el estudio de todos estos efectos es importantísimo en electrónica, pues de la aplicación práctica de esas características surgen los circuitos resonantes para osciladores, sintonizadores de emisoras de radio o televisión, temporizadores, etc. De ahí el gran interés que supone el estudio y comprensión de las propiedades electromagnéticas de las bobinas.

CAMPO MAGNÉTICO ALREDEDOR DE UNA ESPIRA DE HILO

Si formamos una espira con un conductor recto, las mismas líneas de fuerza rodearán al conductor, de la misma forma que cuando era recto. Todas las líneas de fuerza entran por un lado de la espira y salen por el otro.

Por lo tanto, la espira actúa como un imán con un polo norte en un lado y un polo sur en el otro. El norte estará en el lado en que las líneas de fuerza salen de la espira, y el sur en el lado en que entran en ella.

El imán formado así es muy débil, pero puede aumentarse la potencia del campo magnético arrollando varias espiras para formar una bobina, como se explica a continuación.

CAMPO MAGNÉTICO EN UNA BOBINA

Cuando varias espiras se arrollan para formar una bobina, y la corriente pasa a través del conductor, el campo magnético de cada espira enlaza con el de la siguiente, tal como se muestra en la ilustración.

El campo magnético producido entre dos espiras es similar al producido entre dos conductores paralelos cuyas corrientes fluyen en la misma dirección. La influencia combinada de todas las vueltas produce dos campos paralelos de dos polos, semejantes al de un imán permanente en forma de barra. Tendrá todas las propiedades de un imán permanente en tanto la corriente esté fluyendo.

Una inversión en la corriente en el conductor provoca la inversión de la dirección del campo magnético que ella produce. Por lo tanto, la inversión de la corriente produce la inversión de los polos del campo.

Como se ha dicho, aumentando el número de espiras arrolladas (vueltas del conductor), se aumenta el número de líneas de fuerza, y por tanto actúa como un imán más fuerte. Igualmente, el aumento de la corriente que circula por el cable de la bobina, así como la ductilidad del núcleo, también incrementan la fuerza del campo magnético. Por ello, los potentes electroimanes utilizan bobinas de muchas vueltas con núcleos de hierro para aumentar la densidad del flujo, además de soportar toda la corriente que permita el calibre del hilo conductor.

La construcción y disposición física de los componentes del electroimán también son importantes para mejorar el rendimiento. Así, si se dispone el núcleo en forma de herradura, y se utilizan dos bobinas en cada extremo con el cable de ambas arrollado en la misma dirección, los polos magnéticos resultantes serán de distinto signo, y por tanto se atraerán, consiguiéndose una mayor concentración de las líneas de fuerza, que se moverán entre el espacio vacío de ambos polos y por el interior del núcleo. Cuanto más pequeño sea el espacio de aire que hay entre los polos mayor será la densidad de flujo entre ellos.

Si el arrollado del cable en ambos extremos del núcleo no se realizara en la dirección correcta (con las vueltas siempre en la misma dirección), los polos de los campos magnéticos serían del mismo signo, produciendo repulsión entre ellos. En esta situación el campo magnético entre polos quedaría anulado, y por tanto el electroimán no tendría flujo de líneas de fuerza en el espacio vacío.

La unidad de medida para comparación entre bobinas con núcleos similares es el amperio-vuelta. Es una unidad producto de multiplicar la intensidad de corriente en amperios por el número de vueltas de la bobina.

Materiales

Bobina Imán Galvanómetro Brújulas Cables Resistencia

Procedimiento

1. lo primero que debemos demostrar es que una corriente eléctrica desvía

totalmente el campo magnético que semana un brújula y que está ligado el magnetismo con la electricidad así como se ve en la foto pondremos una brújula que indica el norte como debe ser y conectaremos el cable de cobre a una fuente eléctrica y veremos qué es lo sucede.

Conclusión N°1:al momento de que pasamos corriente por el alambre la brújula empieza a cambiar de manera descontrolada como si se hubiera perdido el

campo magnético de la tierra.

2. conectamos la bobina y el galvanómetro. Luego introducimos el imán en medio de la bobina y la sacamos con anterioridad tenemos el conocimiento de que el galvanómetro mide

corrientes no magnitudes.

Conclusión N°2: al momento de que pasamos el imán en la bobina notamos que el galvanómetro se mueve y hace una lectura rápida y teniendo en cuenta el extremo del imán que se introduce puesto que el imán tiene polo positivo y uno negativo entonces comprobamos que el magnetismo también lo podemos medir relacionando directamente con la electricidad.

3. Es hora de que pongamos a prueba el magnetismo de la tierra para ello elaboraremos un circuito en donde podamos poner una bobina y el amperímetro y dentro de la bobina pondremos una brújula es decir que ponemos a prueba los dos procedimientos en uno solo para calcular el campo magnético de la tierra

CIRCUITO PARA CALCULAR EL CAMPO MAGNETICO DE LA TIERRA

A = Amperímetro = Bobina

BB = BT Tang

I(MA) 50 27,0960 4065 57,670 78,975 90.276 122,385 362,3

Tan BB50 42.0760 9.0465 7.5370 10.5575 11.3076 18.3485 54.28

BT = 1 ___________ BB

Tang

BT = Ctan BB

Los datos se sacan partiendo de las anteriores ecuaciones:

Se adjuntan graficas explicando la tabla y cómo se comporta.

BIOGRAFIA

-ALONSO, Marcelo y FINN Edward. Fisica. Volumen II. Fondo Educativo interamericano S.A. Mexico, 1976.

-DAWES, Chester L. Tratado de electricidad.Ediciones Gili S.A. MEXICO D.F, 1979.

-FEYNMAN, Richard. Fisica II.Fondo EDUCATIVO INTERAMERICANO S.A Panama,1972.