Campo Magnetico Terrestre. Taller Nº3. Tema 4..docx

República Bolivariana de Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior. La Universidad del Zulia. Maracaibo- edo- Zulia.

Alumna: 

Blanca Patricia González Viera. Cédula: 

26.412.183 Correo:

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[email protected] Materia: 

mayo de 2018

Física Aplicada

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Índice.

Introducción……………………………………………………………………3 Campo Magnético Terrestre……………..……………………………………4 Elementos y Componentes………………..………………..………….5 Esfera Geomagnética………………...……...…………………………..…….12 Relación Matemática entre los componentes magnéticos……………......…14 Mapas Geomagnéticos de los diferentes componentes magnéticos………..15 Conclusión……………………………………………………………………..18 Bibliografía…………………………………………………………………….19

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Introduccion. La Tierra se comporta como un gigantesco imán cuyo eje sigue la línea que une los polos magnéticos norte y sur. Ambos puntos no coinciden con los polos geográficos, por lo que según la localización en que nos encontremos, variará el ángulo que forma la alineación de la aguja imantada de una brújula con la vertical al polo geográfico, dando lugar al fenómeno de la Declinación Magnética. Su conocimiento es fundamental, por tanto, para la navegación marítima y aérea, debiéndose confeccionar mapas magnéticos (isogónicos2, isodinámicos3 eisóclinos) para resolver los problemas de dirección sobre el globo que se crean. Pero, en los desplazamientos terrestres, en itinerarios a pie, o cuando una persona se quiere orientar en el campo respecto a los puntos cardinales es también imprescindible conocer esa declinación.

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Campo Magnetico Terrestre.

Campo Magnetico Terrestre. 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 del Sol. Su magnitud en la superficie de la Tierra varía de 25 a 65 µT (microteslas) o (0,250,65 G). Se puede considerar en aproximación el campo creado por un dipolo magnético inclinado un ángulo de 15 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 del planeta 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. La región por encima de la ionosfera —que se extiende varias decenas de miles de kilómetros en el espacio— es llamada la magnetosfera. Esta nueva capa protege a la Tierra de los rayos cósmicos que destruirían la atmósfera externa, incluyendo la capa de ozono que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta.

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Importancia

La Tierra está mayormente protegida del viento solar, un flujo de partículas energéticas cargadas que emana del Sol, por su campo magnético, que desvía la mayor parte de las partículas cargadas. Estas partículas destruirían la capa de ozono, que protege a la Tierra de dañinos rayos ultravioletas. El cálculo de la pérdida de dióxido de carbono de la atmósfera de Marte —que resultó en la captura de iones del viento solar— es consistente con la pérdida casi total de su atmósfera consecuencia del apagado del campo magnético del planeta. La polaridad del campo magnético de la Tierra se registra en las rocas sedimentarias. Las inversiones son detectables como bandas centradas en las dorsales oceánicas en las que el lecho oceánico se expande, mientras que la estabilidad de los polos geomagnéticos entre los diferentes sucesos de inversión permite a los paleomagnetistas seguir la deriva de continentes. Las inversiones también constituyen la base de la magnetoestratigrafía, un método de datar rocas y sedimentos. El campo también magnetiza la corteza; pudiéndose usar las anomalías para detectar menas de minerales valiosos. Los seres humanos han usado brújulas para orientarse desde el siglo XI a. C., y para la navegación desde el siglo XII.

Elementos y componentes del Campo Magnético.

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Un campo magnético es una región del espacio donde existen fuerzas magnéticas, fuerzas que atraen o repelen metales. También se puede definir como la región del espacio donde existe magnetismo (fuerzas magnéticas). En términos generales, es un campo invisible que ejerce una fuerza magnética sobre sustancias que son sensibles al magnetismo. Un campo magnético tiene dos polos, polo Norte (N) y polo sur (S). Estos polos se encuentran en los extremos del campo. Si tenemos dos campos diferentes, sus polos opuestos hará que se atraigan y sus polos iguales hará que los dos campo se separen. El ejemplo más claro son los imanes. Los imanes a su alrededor crean un campo magnético, zona donde son atraídos ciertos metales (como el hierro).

Líneas de campo magnético.

Las líneas de campo magnético son una forma de representar este campo magnético. Los campos magnéticos pueden ser generados por imanes o por corrientes eléctricas. Las líneas nos indican lo fuerte que es el campo y hasta donde llega su acción. Cuanto más juntas estén más fuerte es el campo magnético y la superficie que ocupen estas líneas es la zona donde hay campo magnético (donde habría atracción magnética hacia los metales). Las líneas son imaginarias, pero se usan para representar el campo generado. Entender bien las líneas y los campos magnéticos es muy importante para el estudio de motores, generadores y en general cualquier máquina eléctrica. Es por eso que os dejamos este video muy didáctico en el que explica perfectamente las líneas generadas por el campo y de forma muy sencilla.

Principales Características del Campo Magnético.

Descripción.

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 denomina 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

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(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).

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

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.

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

Inclinación.

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 abajo.

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

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

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

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 11,5º 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 geomagnético. 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. Sobre la base de 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.

Polos magnéticos.

La posición de los polos magnéticos puede definirse por lo menos de dos maneras.14 Un polo de inclinación magnética es un punto de la superficie terrestre en el que su campo magnético es totalmente vertical. La inclinación del campo de la Tierra es de 90º en el polo norte magnético y -90º en el polo sur magnético. Los dos polos se desplazan independientemente del otro y no están situados perfectamente enfrentados en puntos opuestos del globo. Su desplazamiento puede ser rápido: se han detectado movimientos del polo norte magnético por encima de los 40 km por año. A lo largo de los últimos 180 años, el polo norte magnético ha estado migrando hacia el noroeste, desde el Cabo Adelaida en la península Boothia en 1831 hasta la bahía Resolute a 600 km de distancia en 2001. El ecuador magnético es la curva de nivel cero (el campo magnético es horizontal). Si se traza una línea paralela al momento del dipolo que más se aproxima al campo magnético terrestre los puntos de intersección con la superficie terrestre son llamados los polos geomagnéticos. Es decir, el polo norte y sur geomagnéticos serían equivalentes al polo norte y sur magnético si la Tierra fuera un dipolo perfecto. Sin embargo, el campo de la Tierra presenta una contribución significativa de términos no dipolares, por lo que los polos no coinciden.

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El movimiento del polo norte magnético de la Tierra a lo largo del ártico canadiense.

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Geomagnetismo.

El campo magnético de la Tierra Se llama Geomagnetismo a los fenómenos relacionados con las propiedades magnéticas de la Tierra. El planeta se comporta como un imán gigante, con un campo magnético establecido. ¿Y qué es un campo magnético? En términos sencillos, es una región producida en materiales magnéticos (como los imanes) y corrientes eléctricas en la que se observan fuerzas magnéticas. Todos conocen el efecto atrayente de un imán. Cuando se acercan objetos como el hierro y el níquel, generalmente de metal, estos son atraídos hacia él por una fuerza invisible pero poderosa. Y la Tierra se comporta de modo similar. Sí, la Tierra tiene un campo magnético.

Características.

El campo geomagnético se caracteriza por ser dipolar, es decir, tiene 2 polos, el polo norte y el polo sur, análogos a los polos o extremos de un imán. Esta es la razón por la que funcionan las brújulas. Sin embargo, el campo es relativamente débil en la superficie del planeta, por lo que las brújulas normalmente se fabrican añadiéndoles un imán de peso ligero. En el campo magnético terrestre, se producen unas líneas imaginarias que se concentran más en los polos. Pero el polo norte geomagnético es el polo sur del campo geomagnético, mientras que el polo sur geomagnético es el polo norte que se conoce comúnmente. Es como si el planeta tuviera en su interior un imán gigante en el que sus extremos apuntaran hacia los polos; sin embargo, la barra del hipotético imán no es completamente recta, sino que está ligeramente sesgada fuera del centro; esto es lo que se conoce como declinación geomagnética, y se define como la diferencia entre el norte geográfico y el que se indica en una brújula. Es un ángulo que varía según la posición en la superficie de la Tierra y el tiempo. Actualmente, el campo geomagnético está inclinado en un ángulo de 10 grados con respecto al eje de rotación del planeta. El campo magnético de la Tierra se extiende desde el interior del planeta hacia el espacio. Es ahí en donde se encuentra con el viento solar, que no es más que un flujo de partículas cargadas liberadas desde la atmósfera del Sol, normalmente electrones, protones y partículas alfa. Causas.

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Los geofísicos están casi seguros de que el origen del geomagnetismo se encuentra muy debajo de la Tierra. El planeta tiene 3 capas internas básicas: corteza, manto y núcleo. Los científicos creen que el núcleo de hierro sólido está rodeado por una especie de océano de metal líquido y sumamente caliente, y debido a que el flujo de hierro líquido crea corrientes eléctricas, se genera un campo magnético. El movimiento de rotación de la Tierra contribuye a que el calor se irradie desde el núcleo, por lo que el hierro líquido se mueve en un patrón de rotación. En realidad, el campo magnético del planeta se conforma por varios campos magnéticos causados por la superposición de varias fuentes, y es que tiene dos orígenes: el interno y uno externo. El primero es responsable de más del 90 por ciento del campo magnético observado y no es constante ni uniforme sino que, como se mencionó, su declinación varía. Las variaciones del campo magnético terrestre que se producen en tiempos tan largos hasta el punto de requerir la actualización de los mapas y modelos, se denominan variaciones seculares. El campo geomagnético de origen externo es resultado, esencialmente, de la actividad del Sol sobre las capas llamadas ionosfera y magnetosfera. En la alta atmósfera ionizada fluyen corrientes eléctricas y otras que alcanzan la corteza terrestre, y en menor medida influyen en el campo geomagnético global. Otros factores implicados son fallas geológicas, depósitos de minerales y anomalías locales ocasionadas por efecto de las cadenas montañosas.

Efectos.

Aunque no parece ser obra más que de un hecho fortuito, el campo geomagnético es más útil que para hacer funcionar brújulas. Si no existiera, las partículas cargadas del viento solar dañarían y eliminarían la capa de ozono que protege a la Tierra de la intensa radiación solar y del impacto de los múltiples cuerpos celestes del Universo. Asimismo, podrían afectar directamente la salud o vida de los diferentes organismos de la biosfera. Lo que hace el campo geomagnético es desviar, en su mayor parte, el viento solar, de modo que no alcanza a llegar con fuerza a la superficie del planeta, por lo que funciona como un escudo eficaz. Por otra parte, el descubrimiento y conocimiento del campo ha permitido la exploración del mundo y la realización de actividades importantes en las que la ubicación es elemental. Las tareas como la operación de gasoductos y de naves espaciales dependen mucho de la observación del campo geomagnético. Un aspecto interesantes es que no solo los seres humanos lo detectan, sino también muchos animales, como las aves migratorias, que lo aprovechan para orientarse y navegar. Ciertas especies cuentan con un sentido llamado magnetorrecepción.

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Relación Matemática entre los componentes magnéticos. En física, las líneas de campo son una ayuda para visualizar un campo electrostático, magnético o cualquier otro campo vectorial estático. Esencialmente forman un mapa del campo.

Definición matemática.

Dado un campo vectorial definido sobre una región d ℝn o sobre un abierto de una variedad diferenciable las líneas de campo son las curvas integrales de dicho campo vectorial. Expresándolo con una ecuación, siendo F(X) un campo vectorial de R3→R3, una línea de flujo para F es una trayectoria α(t)R→R3, tal que:

Esto es, F produce el campo de velocidad de la trayectoria α(t). Así dada una región física donde se ha definido un campo vectorial estático, existe una colección de curvas tales que: (1) Todo punto de la región donde existe el campo pertenece a una y sólo una de las curvas de la colección, trivialmente eso implica que las curvas de campo no se intersectan entre sí. (2) El vector tangente a cualquiera de las curvas coincide con el campo vectorial.

Descripción.

Cada línea está dibujada de forma que el campo es tangente a la misma en cada punto de ésta y las puntas de las flechas indican la dirección del campo (Suponiendo una carga positiva). El espacio entre ellas indica el valor del campo. En las regiones en donde las líneas están muy juntas este es muy grande, mientras que donde están muy separadas es muy pequeño. De aquí se deduce que la densidad de líneas es proporcional al campo. Así, un campo uniforme estará representado por líneas de campo igualmente espaciadas, rectas y paralelas.

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Además las líneas de campo definen superficies equipotenciales perpendiculares a estas.

Propiedades de las líneas de campo

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La dirección del recorrido es el mismo que el del vector en cada punto. Pueden ser cerradas, como en el campo magnético; o abiertas, como en el campo gravitatorio. No se pueden cortar. Si son salientes, el punto de donde proceden se llama fuente. Si son entrantes, se llama sumidero. Si el campo es uniforme, son rectas paralelas e igualmente espaciadas. Cuando tienden a converger el campo es más intenso. Son perpendiculares a las superficies equipotenciales.

Mapas Geomagnéticos de los diferentes componentes magneticos.

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Conclusión.

El campo magnético que se observa en la figura tiene dos orígenes, uno interno y otro externo. El campo interno es semejante al producido por un dipolo magnético situado en el centro de la Tierra con una inclinación de 10,5º respecto al eje de rotación. Los polos geomagnéticos son los puntos en los que el eje del dipolo intersecta a la superficie terrestre, y el ecuador magnético es el plano perpendicular a dicho eje. Esta componente presenta una variación secular en el tiempo, que al ser acumulativa en grandes períodos de tiempo se ha podido observar en algunos puntos.

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Bibliografía.

https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_magnetic_field https://global.britannica.com/science/geomagnetic-field http://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/news/gallery/Earthsmagneticfieldlines-dipole.html https://www.ign.es/ign/layoutIn/actividadesGeomagnetismo.do http://www.hko.gov.hk/gts/equake/qe_geomagnetism_e.htm http://www.geomag.nrcan.gc.ca/index-en.php https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADneas_de_campo http://www.areaciencias.com/fisica/campo-magnetico.html