Campo Magnético Terrestre

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

COMPONENTE EXPERIMENTAL

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.

MATERIALES

Magnetómetro.

Balanza.

Barra magnética y brújula.

Cronometro.

Calibrador Vernier.

FUNDAMENTO TEÓRICO

El campo magnético terrestre (también llamado campo geomagnético) es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta el límite en el que se encuentra con el viento solar, una corriente de partículas energéticas que emana de Sol. Su magnitud en la superficie de la Tierra varía de 25 a 65 μT (0,25-9,65 G). Se puede considerar en aproximación el campo creado por un dipolo magnético inclinado un ángulo de 10 grados con respecto al eje de rotación (como un imán de barra). Sin embargo, al contrario que el campo de un imán, el campo de la Tierra cambia con el tiempo porque se genera por el movimiento de aleaciones de hierro fundido en el núcleo externo de la Tierra (la geodinamo). El polo norte magnético se desplaza, pero de una manera suficientemente lenta como para que las brújulas sean útiles en la navegación. Al cabo de ciertos periodos de duración aleatoria (con un promedio de duración de varios cientos de miles de años), el campo magnético de la Tierra se invierte (el polo norte y sur geomagnético permutan su posición). Estas inversiones dejan un registro en las rocas que permiten a los paleomagnetistas calcular la deriva de continentes en el pasado y los fondos oceánicos resultado de la tectónica de placas.

Descripción

Sistemas de coordenadas más usados para representar el campo magnético terrestre.

El campo magnético puede ser representado en cualquier punto por un vector tridimensional (ver figura). Una forma común de medir su dirección es usar una brújula para determinar la dirección del norte magnético. Su ángulo con respecto al norte geográfico se denominada declinación. Apuntando hacia el norte magnético el ángulo que el campo mantiene con la horizontal es la inclinación. La intensidad (F) del campo es proporcional a la fuerza que se ejerce sobre el imán. También se puede usar una representación con coordenadas XYZ en las que la X es la dirección de los paralelos (con sentido este), la Y es la dirección meridiana (sentido hacia el polo norte geográfico) y la Z es la dirección vertical (con el sentido hacia abajo apuntando al centro de la Tierra).

Intensidad

La intensidad de campo es máxima cerca de los polos y mínima cerca del ecuador. Es medida con cierta frecuencia en Gauss (una diezmilésima de Tesla), pero normalmente se representa usando los nanoteslas (nT), siendo 1 G = 100 000 nT. El nanotesla también es llamado un Gamma ). El campo varía entre aproximadamente 25 000 y 65 000 nT (0,25-0,65 G). En comparación el imán de una nevera tiene un campo de 100 gauss.

Intensidad del campo magnético de la Tierra tomado a partir del Modelo Magnético Mundial (World Magnetic Model o WMM) para 2010.

Los mapas de isolíneas de intensidad son llamados cartas isodinámicas. En la imagen de la izquierda se puede ver una carta isodinámica del campo magnético de la Tierra. El mínimo de intensidad ocurre sobre América del Sur, mientras que el máximo ocurre sobre el norte de Canadá, Siberia y la costa de la Antártida al sur del continente australiano.

Inclinación

Inclinación del campo magnético de la Tierra a partir de datos del WMM para 2010.

La inclinación viene dada por el ángulo por el que el campo apunta hacia abajo con respecto a la horizontal. Puede tener valores entre -90º (hacia arriba) y 90º (hacia abajo). En el polo norte magnético apunta completamente hacia abajo, y va progresivamente rotando hacia arriba al disminuir la latitud hasta la horizontal (inclinación 0º), que se alcanza en el ecuador magnético. Continúa rotando hasta alcanzar la vertical en el polo sur magnético. La inclinación puede ser medida con un círculo de inclinación.

Un mapa de isolíneas de inclinación de la Tierra se muestra en la figura de la derecha.

Declinación.

La declinación es positiva para una desviación del campo hacia el este relativa al norte geográfico. Se puede estimar al comparar la orientación de una brújula con la posición del polo celeste. Los mapas incluyen normalmente información de la declinación como un pequeño diagrama que muestra la relación entre el norte magnético y geográfico. La información de la declinación para una región puede ser representada por una carta isogónica (mapa de isolíneas que unen puntos con la misma declinación).

Declinación del campo magnético terrestre a partir del WMM de 2010. Las líneas isogónicas ofrecen la declinación en grados.

Una carta isogónica del campo magnético terrestre se muestra en la imagen de la izquierda.

Aproximación dipolar

Cerca de la superficie de la Tierra, el campo magnético de esta puede ser razonablemente aproximado por el creado por un dipolo magnético localizado en el centro de la Tierra e inclinado con un ángulo de alrededor de 10º con respecto al eje de rotación del planeta. El dipolo es aproximable a un imán de barra, con el polo sur apuntando hacia el polo norte geomágnético. Esto podría parecer sorprendente, pero el polo norte de un imán se define a partir de la atracción hacia el polo norte de la Tierra. En base a que el polo norte de un imán atrae al polo sur de otros imanes y repele los polos nortes, debe ser atraído al polo sur del imán de la Tierra. Este campo dipolar supone alrededor de un 80-90 % del campo total en la mayor parte de las localizaciones.

Es muy conocido que la aguja de una brújula se orienta de sur a norte debido al campo magnético de la tierra. La aguja magnética de la brújula se orienta según a las líneas del campo magnético de la tierra, las cuales no coinciden exactamente con las líneas del meridiano geográfico.

El ángulo que forma el meridiano magnético respecto de la dirección del meridiano geográfico se llama declinación magnética (D) y puede estar posicionado a la izquierda (W) o a la derecha (E) del meridiano geográfico. Por convención se estableció que las declinaciones magnéticas posicionadas al W del meridiano geográfico que pasa por el lugar serán negativas (D-) y las que están a la

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