LABORATORIO DE FISICA III

LABORATORIO DE FISICA III

Ao de la Integracin Nacional y el reconocimiento de Nuestra Diversidad

UNIVERSIDAD NACIONALMAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, DECANA DE AMRICA)

INFORME NO7 CAMPO MAGNETICO TERRESTRE COMPONENTE HORIZONTAL

CURSO: Laboratorio de Fsica III PROFESOR : Miramira

INTEGRANTES:

- Gonzales Prolen Ibeth14190232

- Villacorta Roque Cinthia14190068

- Zambrana Castro Mauro.

CAMPO MAGNTICO TERRESTRECOMPONENTE HORIZONTALEXPERIENCIA N71. OBJETIVOS: Encontrar la componente horizontal del campo magntico de la tierra en nuestro laboratorio. Observar y analizar el comportamiento de una barra magntica en un campo magntico. Hallar las caractersticas del campo magntico terrestre.

2. MATERIALES: Magnetmetro de torsin Balanza de masas Cronmetro Calibrador Vernier Brjula Barras magnticas Regla

3.-FUNDAMENTO TEORICO: MAGNETISMO Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imn que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el nquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de MAGNETISMO.El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Adems de su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las partes tendr los dos polos. Cuando se pasa una piedra imn por un pedazo de hierro, ste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro. La atraccin o repulsin entre dos polos magnticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos.

Un imn es un material capaz de producir un campo magntico exterior y atraer el hierro (tambin puede atraer al cobalto y al nquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imn permanente es aquel que conserva el magnetismo despus de haber sido imantado. Un imn temporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado.

MATERIALES MAGNETICOS: Materiales diamagnticos: Plata, cobre, bismuto, agua. Estos atenan muy poco el campo, es decir, no son magnticos. Materiales ferromagnticos: Hierro, cobalto, niquel. Estos intensifican el campo considerablemente. Materiales paramagnticos: Platino, aluminio, aire. Estos intensifican el campo muy levemente. CAMPO MAGNTICO:La imantacin se transmite a distancia y por contacto directo. La regin del espacio que rodea a un imn y en la que se manifiesta las fuerzas magnticas se llama campo magntico.Se denomina campo magntico a la regin del espacio en la que se manifiesta la accin de un imn. Un campo magntico se representa mediante lneas de campo.La regin del espacio donde se pone de manifiesto la accin de un imn se llama campo magntico. Este campo se representa mediante lneas de fuerza, que son unas lneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imn y en sentido contrario en el interior de ste; se representa con la letra B.

Las lneas del campo magntico revelan la forma del campo. Las lneas de campo magntico emergen de un polo, rodean el imn y penetran por el otro polo.Fuera del imn, el campo est dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde estn ms juntas las lneas (la intensidad es mxima en los polos).

CAMPO MAGNTICO DE LA TIERRA El campo magntico de la Tierra es similar al de un imn de barra inclinado 11 grados respecto al eje de rotacin de la Tierra. El problema con esa semejanza es que la temperatura Curie del hierro es de 700 grados aproximadamente. El ncleo de la Tierra est ms caliente que esa temperatura y por tanto no es magntico. La rotacin de la Tierra desempea un papel en la generacin de las corrientes que se suponen que son la fuente del campo magntico.La interaccin del campo magntico terrestre con las partculas del viento solar crea las condiciones para los fenmenos de auroras cerca de los polos.El polo norte de la aguja de una brjula es un polo norte magntico. Es atrado por el polo norte geogrfico que es un polo sur magntico (polos opuestos se atraen).

ORIGEN DEL CAMPO MAGNTICO TERRESTRE Los campos magnticos rodean a las corrientes elctricas, de modo que se supone que esas corrientes elctricas circulantes, en el ncleo fundido de la Tierra, son el origen del campo magntico. Un bucle de corriente genera un campo similar al de la Tierra. La magnitud del campo magntico medido en la superficie de la Tierra es alrededor de medio Gauss. Las lneas de fuerza entran en la Tierra por el hemisferio norte. La magnitud sobre la superficie de la Tierra vara en el rango de 0,3 a 0,6 Gauss.El campo magntico de la Tierra se atribuye a un efecto dinamo de circulacin de corriente elctrica, pero su direccin no es constante. Muestras de rocas de diferentes edades en lugares similares tienen diferentes direcciones de magnetizacin permanente. Se han informado de evidencias de 171 reversiones del campo magntico, durante los ltimos 71 millones aos.Teora de la dinamo:

La generacin del campo magntico est relacionada con la rotacin de la Tierra, ya que Venus con una similar composicin de ncleo de hierro, pero con un perodo de rotacin de 243 das terrestres, no tiene un campo magntico que pueda medirse. Ciertamente, parece plausible que depende de la rotacin del hierro metlico lquido que compone una gran parte del interior de ambos planetas. El modelo del conductor giratorio nos lleva al "efecto dinamo" o "geodnamo", evocando la imagen de un generador elctrico.La conveccin mueve el fluido del ncleo exterior y lo hace circular con relacin a la Tierra. Esto significa que un material conductor de electricidad se esta moviendo con respecto al campo magntico de la Tierra. Si por alguna interaccin como por ejemplo la friccin entre placas, se obtiene una carga elctrica, entonces se produce un bucle de corriente efectiva. El campo magntico de un bucle de corriente, podra sostener el campo magntico de la Tierra, de tipo de dipolo magntico. Las modelaciones a gran escala en ordenadores, estn consiguiendo una simulacin realista de tal tipo de geodnamo.

LA BRJULA La brjula seala al norte magntico de la tierra, que no coincide con el norte geogrfico, ya que conoce haba explicado antes los polos opuestos se atraen y los similares se repelen, en el norte geogrfico de la tierra se encuentra el polo sur magnticamente hablando por lo que su opuesto (el norte en este caso) apunta lo contrario en una brjula. CLCULO DEL CAMPO MAGNTICO DE LA TIERRA Coloque la brjula sobre la mesa y observe la direccin que indica la aguja. Gire la brjula repetidamente en diferentes direcciones. Cmo se comporta la aguja? Consejo: Mantenga la brjula alejada lo suficiente de los imanes de barra. A 0,5 m de distancia, la influencia es todava clara, mientras que a 1 m, por lo general, es suficientemente escasa La aguja se orienta cada vez en otra direccin. La aguja se orienta siempre en la misma direccin. En la grfica, la brjula est rotulada con los puntos cardinales. Cul es la rotulacin correcta?

Cul es la polaridad del lado de la aguja magntica que se orienta hacia el polo norte geogrfico?

4.-PROCEDIMIENTO: El objetivo de esta experiencia es calcular la componente horizontal del campo magntico terrestre en el laboratorio a travs de mediciones indirectas. Como se ha visto en la teora al orientar perpendicularmente una barra magntica en la direccin del campo magntico terrestre, y el campo magntico de la barra sea igual a la componente horizontal del campo terrestre entonces podemos calcular la componente horizontal con la siguiente frmula:

Dnde: K: 10-7 Wb/Am

Para ello, primero debemos calibrar los instrumentos de medicin y a continuacin procederemos a tomar las mediciones para poder llevar a cabo nuestra experiencia. Debemos tomar en cuenta que todas las mediciones realizadas sern expresadas en unidades del S.I. Empezaremos calculando el Momento de Inercia I de la barra magntica pequea, el cual est dado por la ecuacin:

Dnde: M: Masa del paraleleppedo a, b: Dimensiones de la barra

Con ayuda de la balanza determinamos la masa. Procedemos a tomar las dimensiones de la barra con el Vernier, y anotamos los resultados obtenidos en la siguiente tabla.

TABLA 1 Masa M (kg)Longitud a (m)Ancho b (m)Momento de Inercia I (Kg/m2)

0,018 0,0590,005

5,225 x 10-5

Ahora procederemos a calcular el valor de L, el cual es la distancia entre los polos magnticos de la barra.

Para ello colocamos la barra en el centro de la hoja y con ayuda de la brjula trazamos las lneas de induccin magntica de la barra, tal y como se muestra en la imagen anterior. Acercamos la brjula a la barra y trazamos algunas lneas, prolongamos las lneas hacia el punto en donde parecen converger y tomamos el valor de L haciendo uso de una regla.El valor que hemos obtenido ser anotado en la Tabla 2.

El siguiente paso ser hallar d, el cual es la longitud desde el centro de la barra magntica hasta el punto P.

Para ello procedemos a determinar primero la direccin del campo magntico terrestre. Colocamos la brjula sobre la mesa; debemos procurar retirar las barras magnticas lo ms lejos posible y cualquier otro objeto magntico, ahora que hemos ubicado la direccin del campo hacemos su traza en el papel.Luego trazamos una perpendicular a la direccin del campo magntico terrestre, ubicamos la barra en esta lnea tal y como se observa en la imagen anterior. El punto P ser la interseccin de las dos lneas trazadas.Ahora colocamos la brjula en el punto P de tal manera que al acercar o alejar la barra magntica las agujas de la brjula deben formar un ngulo = 45. En esa posicin medimos la longitud d.El valor obtenido ser anotado en la Tabla 2. Para finalizar la experiencia ahora debemos hallar el periodo T.Para ello suspendemos la barra magntica en la horquilla del magnetmetro, alineamos la barra en el sentido del campo magntico terrestre y con ayuda de la otra barra hacemos oscilar la barra suspendida, es decir, acercamos la barra magntica a la barra suspendida y con eso hacemos que salga de equilibrio produciendo en ella un movimiento oscilatorio, debemos procurar que al acercar la barra el ngulo de oscilacin de la otra no sea mayor a 10.Desde el instante en que se produce el movimiento oscilatorio cronometramos el tiempo que la barra tarda en dar 5 oscilaciones. Para que no se produzca ningn tipo de alteracin durante el movimiento oscilatorio debemos retirar lo ms lejos posible todos los cuerpos magnticos.Repetimos este procedimiento 2 veces ms para poder obtener una mayor precisin en el clculo de la componente horizontal del campo magntico terrestre. A continuacin anotaremos los datos obtenidos en la siguiente tabla.TABLA 2: N de mediciones123

N de oscilaciones555

Tiempo: t(s)42 3843

Perodo: T(s)8,47,68,6T = 8,26

L = 0,057 md = 9,3 m

Bh = 3,469 x 10-7

5.-CUESTIONARIO:2.- Qu fuentes de error considera usted que han afectado a los resultados que han obtenido? Cmo podran superarse estos errores?

Una de las principales causas es la perturbacin del campo magntico debido a agentes presentes cerca del rea de trabajo, los cuales pueden ser descritos como cualquier instrumento magntico o elctrico.Como tambin la mala calibracin de los elementos usados en la experiencia. Lo recomendable en este caso retirar lo ms lejos posible cualquiera de estos instrumentos a la hora de llevarse a cabo la experiencia. El movimiento de la barra colgada (tipo) pndulo no fue ideal, puede no cumplirse que .

Los errores pueden superarse si realizaramos el experimento en un rea aislada, slo con la presencia de los instrumentos de la experiencia.3.- Grafique la lnea de fuerza de la barra magntica, sealando la posicin de los polos magnticos y las distancias L y d.

L= 0,057 m

D= 9,3 m

4.- Cules son las caractersticas del campo magntico terrestre? Cul es el comportamiento de una barra magntica dentro de un campo magntico?

La direccin de la supuesta imantacin interna forma un ngulo de unos 15 con el eje terrestre Las lneas de induccin salen de la superficie terrestre por todo el hemisferio sur magntico y entran por el hemisferio norte magntico. Su campo magntico en todos los puntos exteriores es el mismo si es debido a una pequea barra imanada cercana a su centro. O sea es uniforme el campo magntico. Es un fenmeno natural originado por los movimientos de metales lquidos en el ncleo del planeta.

Cuando una barra magntica es introducida en un campo magntico suspendida con un hilo delgado, forma un ngulo con la componente horizontal del campo magntico terrestre e inicia un movimiento oscilatorio debido al torque producido por la fuerza magntica que acta sobre la barra magntica.

5.- En qu lugar de la Tierra los componentes horizontal y vertical del campo magntico terrestre son mximos? Por qu? Explique grficamente

La magnitud del campo magntico ser mxima en el Ecuador por su latitud. Porque en el Ecuador magntico, el campo magntico terrestre no es horizontal; el ngulo que forma el campo con la horizontal se denomina inclinacin magntica. Para un ngulo *= 90, V es mximo; luego sen* = sen*/2 = 1, esto se da en los polos.

6.- CONCLUSIONES:Podemos decir que no se puede determinar la direccin del campo magntico debido a que la brjula no indica una direccin especfica, debido a la presencia de diferentes elementos cercanos a la brjula.

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