CÁLCULO APROXIMADO DEL VALOR
DEL MAGNETISMO TERRESTRE.
Objetivos.
Los objetivos que
queremos conseguir con esta práctica son:
- Determinar experimentalmente el valor del
magnetismo terrestre.
- Generación de campos magnéticos
mediante corrientes eléctricas.
- Interacción entre campos magnéticos.
- Comprobación de la relacion del campo
magnético, intensidad de la corriente eléctrica,
número de espiras y el diámetro de las mismas.
Introducción.
Podemos comprobar que el
paso de una corriente eléctrica por un conductor genera una
perturbación en el espacio circundante al conductor, puesto
de manifiesto por la desviación que sufre una aguja
magnética. Esta perturbación la denominamos campo
magnético, que será mayor cuanta más
corriente eléctrica circule. Si el conductor adopta la
forma de una circunferencia, denominada espira, el valor del campo
magnético en su interior será proporcional a la
cantidad de corriente que circule y al nº de espiras
existentes, e inversamente proporcional al tamaño de las
espiras.
Lógicamente las líneas de fuerza
estarán más juntas en su interior cuanto
menor sea el diámetro de las espiras
Materiales utilizados.
- Hilo de cobre esmaltado.
- Una fuente de corriente continua, utilizaremos
una tensión muy baja, ya que la resistencia de las
bobinas que
construyamos será muy pequeña.
- Un polímetro trabajando como
miliamperímetro.
- Una brújula.
- Un tubo de plástico de diámetro mayor
que la brújula, se ha utilizado un bote de
plástico de 70 mm de diámetro, al que se le han
cortado los extremos. Sobre él se bobinarán dos
bobinas de
10 espiras cada una.
Construcción.
Se
construirán dos bobinas de 10 espiras cada una, de
70 mm de
diámetro, se colocarán con una
separación igual al radio de las bobinas, R= 35 mm.
Esta
disposición se
denomina Helmholtz, se hará así para
tener mayor uniformidad del campo
magnético. Conectaremos
las dos
bobinas en serie, para que por ellas pase la misma corriente
eléctrica, de forma que la corriente
lleve el mismo
sentido, a derechas o a izquierda, así se sumarán
ambos
campos
magnéticos, ( Si utilizamos
una sola bobina el campo disminuye rápidamente
según nos alejamos de la bobina, existiendo poca
uniformidad). La brújula la
colocaremos en el eje de las bobinas, en medio de las dos bobinas,
orientadas las bobinas en la dirección que nos marca la
aguja magnética, Norte-Sur. Para que el campo
magnético generado forme 90º con la aguja de la
brújula, con el campo magnético terrestre.
Aumentaremos la intensidad que circula por las bobinas hasta conseguir
que la aguja magnética se desvíe de su
posición
original 45º, que comprobaremos en la escala graduada de la
brújula. Interrumpiremos el paso de la corriente y
volveremos a
establecerla varias veces, realizando pequeñas correcciones,
hasta conseguir que el desvío sea siempre de 45 º.
Anotaremos la intensidad obtenida para posteriormente
realizar el
cálculo.
Cálculo.
Sobre la aguja magnética actúan dos campos
magnéticos, el generado por las bobinas y el campo
magnético terrestre.
Por la
disposición
de las
bobinas, hemos conseguido que los dos campos
magnéticos
formen un
angulo de 90º, y variando la intensidad que circula por las
bobinas conseguimos igualar el campo de las mismas y el terrestre, esto
lo conseguiremos cuando la aguja se desvíe 45º de
su
posición original.
Ahora podemos calcular el
campo magnético generado por las bobinas, que
será idéntico al campo magnético
terrestre. La
fórmula general del campo
magnético en un punto del eje
de una bobina es :
como tenemos la acción de dos bobinas y a la misma
distancia, la anterior fórmula se convierte en :
Siendo:
- B → Campo magnético en
Teslas.
- n
⇒ nº de espiras.
- I → Intensidad en Amperios.
- R → Radio de la bobina en metros.
- a → distancia del centro de la
brújula al centro de cada bobina, sobre el eje de la misma.
- µ → Permeabilidad
magnética del aire = 4¶·10-7
Wb/A·m
La intensidad que circula por las bobinas es de 97.3 mA, sustituyendo
en la fórmula anterior nos da un campo magnético
generado por las bobinas de 23 µT
Conclusiones.
En el Ecuador la aguja magnética estrá sometida a
un campo magnético horizontal , en
los polos el campo magnético es al contrario totalmente
vertical, en España estará sometido a un campo
con una
cierta inclinación, que tendrá una
componente
horizontal y otra vertical. En
Cabeza del Buey la componente horizontal es de 25.5 µT
según el Instituto Geográfico Nacional. Esta
componente es la que tiene que compensar el campo generado por las
bobinas.
Queda comprobado el valor del magnetismo terrestre, las diferencias
existentes pueden deberse a:
- Errores en el amperímetro.
- Errores por la influencia de objetos metálicos
cercanos.
- Errores de apreciación de los grados de la
brújula.
- Influencia de posibles anomalías
magnéticas del terreno.
