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¿Como obtiene la Tierra su campo magnético? La pregunta no tiene una respuesta simple. Parece claro que la generación del campo magnético está relacionada con la rotación de la Tierra, ya que Venus con una similar composición de núcleo de hierro, pero con un período de rotación de 243 días terrestres, no tiene un campo magnético que pueda medirse. Ciertamente, parece plausible que depende de la rotación del hierro metálico líquido que compone una gran parte del interior de ambos planetas. El modelo del conductor giratorio nos lleva al "efecto dinamo" o "geodinamo", evocando la imagen de un generador eléctrico
La convección mueve el fluido del núcleo exterior y lo hace circular con relación a la Tierra. Esto significa que un material conductor de electricidad se esta moviendo con respecto al campo magnético de la Tierra. Si por alguna interacción como por ejemplo la fricción entre placas, se obtiene una carga eléctrica, entonces se produce un bucle de corriente efectiva. El campo magnético de un bucle de corriente, podría sostener el campo magnético de la Tierra, de tipo de dipolo magnético. Las modelaciones a gran escala en ordenadores, están consiguiendo una simulación realista de tal tipo de geodinamo.
Importancia del campo magnético terrestre Nuestro planeta posee un campo magnético, su función permite mantener el equilibrio magnético del planeta sobre los rayos solares que constantemente están golpeando el planeta Tierra, la cual posee un campo magnético con dos Polos: Norte y Sur que esta rodeado por una región llamada magnetosfera, la cual previene que la mayoría de las partículas del Sol, que se trasladan con el Viento Solar choquen contra la Tierra. Algunas partículas solares
pueden penetrar la magnetosfera dando origen a las luces de la Aurora que se aprecia en el Polo Norte.
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Importancia del campo magnético terrestre para todos los seres vivos La tierra tiene un campo magnético natural, a cual todos los organismos están expuestos. Sin este campo magnético terrestre la vida no podría existir en la tierra. Muchas especies animales han desarrollado un "sentido magnético de dirección". Estas criaturas pueden determinar la densidad y la dirección de las líneas de la ubicación geográfica. Para explorar este sentido de la orientación los biólogos de los animales se ocupan intensamente con el sentido de las palomas mensajeras. Ellos descubrían que palomas mensajeras vuelan según un rumbo de brújula de imán sin una orientación no es posible que se ubiquen dentro de la atmósfera terrestre. En la botánica también se detectó un efecto de los campos magnéticos en los procesos fisiológicos de las plantas. En un campo magnético que fue 4.000 veces más fuerte
que el campo geomagnético natural, las plantas crecieron más rápido que en un ambiente normal. Después de los primeros vuelos al espacio, los astronautas tuvieron serios problemas de salud, se habló del "mal del espacio" que fue causado por la falta del campo geomagnético natural. Desde entonces, la NASA incluye generadores de campo magnético para crear un campo magnético artificial en las cápsulas espaciales y de ese momento no hubo problemas de salud nunca más.
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¿Qué pasaría si no existiera el campo magnético? Hoy en día el magnetismo terrestre es muy importante, la tecnología funciona a base de ella para orientarnos, en el caso que no existiera no funcionarían brújulas, con lo cual algunos GPS no podrían ser utilizados pues utilizan una pequeña brújula. Migraciones de las aves guiadas por el campo magnético terrestre
Luis Eduardo Echeverría Bustos
Campo Magnético El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Esto es uno de los aspectos del electromagnetismo. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. El fenómeno del
magnetismo es ejercido por un campo magnético, por ejemplo, una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar
imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo.
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Historia A finales del siglo XVIII y como el hierro. Desde entonces se principios del XIX se han estudiadlas propiedades investigaron simultáneamente las magnéticas de forma mas detallada. teorías de la electricidad y el magnetismo. Hans Oersted comenzó describiendo la relación entre electricidad y magnetismo y fue profundizado por los científicos Dominique François y André Marie Ampére. En 1831 Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted. James Clerk Maxwell unifico las teorías de la electricidad y magnetismo. Este predijo la existencia de ondas electromagnéticas se identifico a la luz como fenómeno electromagnético. El físico francés Pierre Ernst Weiss postulo la existencia de un campo magnético interno, molecular, en los materiales
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Campo magnético El campo magnético es un campo que ejerce fuerzas magnéticas sobre los materiales. Es un campo vectorial, pero que no produce ningún efecto sobre cargas en reposo. Sin embargo el campo magnético tiene influencia sobre cargas eléctricas en movimiento. Los imanes presentan campo magnético y las corrientes eléctricas generan un campo eléctrico
diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema de líneas de fuerza.
Una partícula cargada en movimiento que atraviesa un campo magnético, sufre la acción de la fuerza magnética. Esta fuerza forma ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como esta fuerza es perpendicular a la velocidad, la trayectoria de la partícula se curva. Los campos magnéticos se emplean para controlar Los campos magnéticos suelen las trayectorias de partículas cargadas en representarse mediante líneas de campo dispositivos como los aceleradores de magnético o líneas de fuerza. La partículas o los espectrógrafos de masas. dirección del campo magnético será igual a la dirección de las líneas de fuerza, a la El campo magnético se denomina con la letra vez que la intensidad del campo es B, su unidad de medida en el Sistema inversamente proporcional al espacio entre Internacional de Unidades es el Tesla y es una magnitud física vectorial. las líneas. En el caso de una barra imantada, la fuerza sale de un extremo curvándose para llegar al otro extremo. Ya que la cantidad de líneas es inversamente proporcional a la intensidad del campo, en la punta del imán el campo es mas intenso, mientras en las partes más lejanas al imán el campo es menos intenso. La estructura de las líneas de fuerza creadas por cualquier objeto que genera un campo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en
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Fuerza de Lorentz Cuando una partícula cargada se mueve a través de un campo magnético B, se ejerce una fuerza F. Esta es la llamada fuerza de Lorentz.
Esto sería el efecto generado por una carga eléctrica o un imán, sobre una región del espacio en la que una carga eléctrica puntual de valor “q”, que se desplaza a una velocidad “v”, experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad (v) como al campo (B). Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.
F =Q( vxB)
donde F es la fuerza magnética, v es la velocidad y B el campo magnético .El módulo de la fuerza resultante será:
F =QvBsenθ
Hay que recordar que esto es un producto cruz, lo que nos indica que la fuerza es perpendicular a la velocidad y al campo magnético.
Nissim Ergas
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Imanes Muchos sabrán sobre todas las cualidades que posee un imán. Por ejemplo, que atrae ciertos objetos o repele a otros. En éste trabajo veremos todo lo relevante a este dispositivo magnético. Los tipos, formas, características, usos, etc.
¿Qué es un imán?
Lo primero importante que hay que saber es ¿Qué es un imán? Un imán es un cuerpo con un magnetismo característico, de manera que tiende a juntarse o repelerse con otros imanes o metales ferromagnéticos (hierro, cobalto). Un imán puede ser natural o bien, artificial.
Partes del imán Existen tres partes principales: Polos: son los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. Hay dos polos, el norte y el sur (algunos los llaman positivo y negativo). Los polos de misma carga se repelen mientras que los de distinta se atraen. Si un imán se llega a romper, se forman dos nuevos imanes, solo que con una fuerza de atracción menor. Eje magnético: barra de la línea que acopla los dos polos. Línea Neutral: línea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas.
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Características La primera vez que se observo el fenómeno de magnetismo, fue en la ciudad de Magnesia en Asia Menor. De ahí su nombre. Los habitantes de esta ciudad, sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estos los denominaron imanes naturales.
Fue un gran físico llamado, Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. Se dio cuenta que en el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están posicionados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y se dice que la sustancia se ha magnetizado.
Ahora bien, veremos otro concepto, la magnetización (M) : es el valor del momento angular-magnético por unidad de volumen. Sus unidades son A/m. El promedio de magnitud de magnetización es de 100.000 A/m. Pero sustancias como el acero pueden llegar a tener una magnetización de un millón A/m. Los imanes mantienen su campo magnético para siempre, a menos que sufran de un gran golpe o se les aplique cargas opuestas.
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Tipos de Imanes: Pueden ser naturales o artificiales, o también, permanentes o temporales.
Imán natural: mineral con propiedades magnéticas (ej: magnetita) Imán artificial: es un metal al que se le ha dado la propiedad magnética. Imán permanente: es el que está fabricado con acero imantado. Son los que usamos día a día. Imán temporal: es el que pierde sus características una vez que termina la causa que provoca el magnetismo.
Usos
Los imanes tienen muchos usos del día a día que casi no nos damos cuenta que existen.
Algunos ejemplos son:
• Altavoces o parlantes: sirven para aumentar el campo magnético. • Pegatinas: son los imanes que se adhieren a los refrigeradores. • Existen muchos más: Detectores de metales, brújulas, bocinas, motores, como detector de billetes falsos, como generadores y un sin fin de usos que posee el metal. Sin embargo existen un imán gigantesco natural: la Tierra, así es, el planeta en que vivimos presenta polos magnéticos gigantes, cómo el polo Norte y el Sur.
David Behar
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La Tierra como un Imán Todos hemos escuchado alguna vez que la tierra actúa como un imán gigante alguna vez. Este campo magnético no solo da orígenes a los polos terrestres como el norte y el sur sino también desvía el viento solar (electrones y neutrones que escapan la gravedad del sol gracias a su gran energía cinética) que llega a la atmósfera, pero ¿De qué forma se puede explicar la existencia de este campo magnético? La primera vez que se dijo que la tierra actúa como un imán gigante fue en 1600 donde el físico ingles William Gilbert, dijo que en el centro de la tierra existía un imán natural gigantesco, el cual daba origen a los campos magnéticos detectados por la brújulas. En un principio se creía en la hipótesis de imán permanente, la cual dice que como en el núcleo de la tierra existen los metales de hierro (Fe) y níquel (Ni) fundidos las cuales son sustancias altamente magnéticas, de ahí provenía el campo magnético terrestre. A principios del siglo XX se descartó esta hipótesis después de que Pierre Currie, publique su ley que habla sobre el magnetismo. Currie dice que cada cuerpo ferromagnético (un cuerpo en donde todas las corrientes eléctricas se ordenan en una misma dirección y sentido) tiene un punto de calor o una temperatura en la cual pierde sus propiedades magnéticas así dejando de tener un campo magnético, la cual es conocido como el punto de Currie. En el caso del hierro el punto donde deja de tener características ferromagnéticas es a los 770° C y del níquel es a los 360° C. La temperatura del núcleo terrestre es de más de 2000° C, a esa temperatura los dos metales dejan de tener características ferromagnéticas, es decir pierdan su magnetismo y su campo gravitatorio, eso haría imposible explicar el campo gravitatorio terrestre. En 1919 un físico y matemático ingles llamado Joseph Larmor publica la existencia de un dinamo auto inducido en el núcleo exterior de la tierra. Es decir Larmor dice que el hierro líquido que está en el núcleo exterior está en constante movimiento por la rotación de la tierra, este movimiento de origen a partículas cargadas; estas cargas constituyen a corrientes eléctricas que dan origen al campo magnético terrestre.
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Maimonides Science Esta teoría también fue muy debatida entre lo físicos, en 1934 Thomas Cowling demuestra que un campo magnético axialmente simétrico, como en el caso de la tierra no puede ser generado por el simple movimiento de un fluido, es decir el simple movimiento de el hierro liquido en el núcleo externo por la rotación de la tierra no puede producir un campo magnético, pero desde 1946 con se vuelve a dar impulso a la teoría del dinamo auto inducida, gracias a los aportes de los físicos W. M. Elsasser, E. C. Bullard y H. Gellman, y hasta ahora es prácticamente la única forma de explicar el campo magnético terrestre.
Isaac Testa
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Maimonides Science Norte.
La Brújula
La
brújula
fue
inventada
en
China,
La brújula es un instrumento que se ocupa
aproximadamente en el siglo IX con el
para
su
objetivo de determinar las direcciones en mar
fundamento en la propiedad de las aguas
abierto, e inicialmente consistía en una aguja
magnetizada. Posee una aguja imantada la
imantada flotando en una vasija llena
que señala el Norte magnético, que es
de agua. Posteriormente se fue mejorando
diferente para cada zona del planeta, y
para reducir su tamaño e incrementar su
distinto del norte geográfico. Utiliza como
practicidad, cambiándose la vasija de agua
medio de funcionamiento el magnetismo
por un eje rotatorio. Actualmente las brújulas
terrestre. La aguja indica la dirección del
han recibido pequeñas mejoras que, si bien
campo
no cambian su sistema de funcionamiento,
la
orientación
magnético
y
que
terrestre,
tiene
apuntando
hacia los polos norte y sur.
hacen más sencillas las mediciones a realizar.
Los chinos solían usar un trocito de caña conteniendo una aguja magnética que se hacía flotar sobre el agua, y de esta manera se indicaba el norte magnético. Pero en ciertas
oportunidades
no
servía,
pues
necesitaba estar en aguas calmas. Parece ser La tierra internamente posee un gran imán, donde el polo sur magnético se encuentra cerca del polo norte geográfico y a su vez la brújula contiene una aguja imantada con polo norte. Por física sabemos que dos polos magnéticos diferentes se atraen, el polo Norte magnético de la brújula es atraído hacia el polo Sur magnético de la Tierra, que aproximadamente está al Norte geográfico, por lo que
la punta que
marcamos de la aguja señala hacia el
que alrededor de un milenio más tarde, Marco Polo la introdujo en Europa y fue perfeccionada por los italianos. Antes de la creación de la brújula, la dirección en mar abierto se determinaba con la posición de los cuerpos celestes. Algunas veces la navegación se apoyaba con el uso de sondas. Aun así, las dificultades principales que se presentaban con el uso de estos métodos eran las aguas demasiado profundas para el uso de sondas, y que muchas veces el cielo estaba
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Maimonides Science demasiado nublado, o el clima era muy que se pretende seguir. A continuación se neblinoso.
La
brújula
se
usaba hace girar la cápsula (el limbo graduado)
principalmente para evitar estos problemas, hasta que la “N” coincida con exactitud con por lo que culturas que no presentaban estos el norte magnético indicado en el mapa. A problemas, adoptaron poco el uso de dicho partir de ahí, la flecha de dirección indica en instrumento. El
el aro del limbo el rumbo a seguir. Ya en el
descubrimiento
de
un
artefacto Olmeca de magnetita que funcionaba de forma similar a una brújula ha generado teorías de que los Olmecas podrían haber descubierto y usado una brújula de magnetita desde antes del año 1000 AC. Como
mencionamos
anteriormente,
terreno, y sin dejar de mantener el limbo en la dirección que se ha obtenido sobre el mapa, se gira toda la brújula (no el limbo) hasta lograr la coincidencia de la flecha del Norte con la aguja imantada. Ya solo queda seguir el rumbo hasta el punto de destino elegido y, una vez allí, repetir el mismo proceso hasta
la llegar al destino final.
invención de la brújula se atribuye a China pero existen varios tipos de desacuerdos en la fecha de aparición del artefacto. Aun así la mayoría concuerdan que los chinos son dueños de su descubrimiento.
En el caso que no haya mapa lo primero que debe hacerse es buscar una superficie plana donde colocar la brújula para permitir que la aguja se mueva con libertad y encuentre el
Las brújulas de navegación actuales utilizan norte. Una vez que se haya detenido se una aguja o disco magnetizados dentro de procederá a girar lentamente el limbo graduado una
cápsula
llena
con
algún
generalmente aceite, queroseno o,
líquido, hasta que el norte (del limbo) se sitúe sobre la alcohol; punta imantada de la aguja. Tanto la aguja como
dicho fluido hace que la aguja se detenga el limbo están orientados hacia el norte. El rápidamente en vez de oscilar repetidamente ángulo del limbo, sea el que sea, quedará alrededor del norte magnético. Hay dos formas principales de utilizar una brújula cuando hay un mapa y cuando no: En primer lugar debe colocarse la brújula sobre el mapa, procurando que el lateral de su placa base descanse a lo largo del rumbo
alineado con la dirección norte-sur de la brújula, lo que servirá para orientarnos en nuestro rumbo.
Marcos Burgos
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Maimonides Science orientados hacia el norte. El ángulo del limbo, sea el que sea, quedará alineado con la dirección norte-sur de la brújula, lo que servirá para orientarnos en nuestro rumbo.
Marcos Burgos
Electromagnetismo Ley De Faraday – Experimento Oersted
Introducción El primer imán utilizado fue un mineral de hierro de color negro que recibió el nombre de magnetita, que tiene la propiedad de atraer ciertas aleaciones de metales, y provenía de la región de Magnesia, en Asia, y ya era conocida hace más de 2.500 años por las culturas china y griega.
Un imán produce un campo magnético a su alrededor, que se manifiesta por la aparición de fuerzas magnéticas, y que se puede representar mediante líneas de campo magnético o de fuerza magnética; concepto descrito por Michael Faraday en el año 1831. Poco tiempo después, André Ampere descubrió que como dos imanes pueden repelerse o atraerse entre sí, dos corrientes eléctricas también pueden interactuar magnéticamente, también planteó que el magnetismo era producido por pequeñas corrientes eléctricas a nivel molecular. Al mismo tiempo, Michael Faraday comenzó a desarrollar ideas sobre la teoría de campos, concluyendo que se pueden generar corrientes eléctricas a partir de campos magnéticos variables. Todos estos estudios permitieron establecer que la electricidad y el magnetismo son fenómenos íntimamente relacionados.
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Hans Christian Oersted
En 1820, Hans Christian Oersted, profesor de Física danés descubrió de forma casual durante una clase que daba en la universidad de Copenhague, que al colocar la aguja de una brújula cerca de un cable por donde pasaba electricidad giraba orientándose en dirección perpendicular al cable, luego comprobó que al invertir el sentido de la corriente la aguja giraba 180º colocándose otra vez en dirección perpendicular al cable, pero en sentido contrario al anterior. La experiencia de Oersted demuestra que las cargas eléctricas en movimiento generan un campo magnético, que es el causante de la desviación de la brújula; es decir, que una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético.
Inducción Con el experimento de Oersted queda comprobado que una corriente eléctrica genera un campo magnético, pero ¿Un campo magnético generará una corriente eléctrica? Acá entran los científicos Michael Faraday y Joseph Henry (que realizaron los mismos experimentos independientemente uno del otro) para comprobar que un flujo magnético variable en el tiempo era capaz de producir electricidad, formulando la ley de inducción de Faraday que queda expresada con la fórmula:
donde es la fuerza electromotriz inducida y es el flujo magnético a través de la espira.
A partir de esta experiencia, concluyó que el magnetismo no sólo es causado por los imanes sino que también es producido por la corriente eléctrica. Este hecho se conoce como el efecto Oersted y fue el primer paso que conectaba la electricidad y el magnetismo, que luego pasó a llamarse en la física actual electromagnetismo.
Michael Faraday
Experimento de Michael Faraday
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Maimonides Science Para poder comprobar su hipótesis, fue necesario demostrarla prácticamente con un experimento que se realizó el año 1831 que adaptado a los instrumentos de ésta época queda resumido en la siguiente imagen:
a)Cuando se mueve un imán hacia una bobina (carrete de alambre de cobre) que está conectada a un amperímetro que mide la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico, o como Faraday lo hizo, con los terminales a un galvanómetro (instrumento que detecta el paso de la corriente eléctrica y cuya aguja, ubicada en el centro, puede girar hacia la izquierda o derecha indicando el sentido de la corriente), se puede observar que el sentido de la aguja cambia, o el amperímetro cambia desde cero, indicando que se ha generado una corriente en la bobina. b) Cuando el imán se mantiene fijo, no existe corriente inducida en la bobina, aun cuando el imán está físicamente en el interior de ella. c) Cuando el imán se aleja de la bobina, el amperímetro se desvía en la dirección opuesta (a Faraday la aguja se movía en sentido contrario), lo que indica que la corriente inducida tiene dirección contraria a la que se muestra en a). Con este sencillo experimento se demuestra que se genera una corriente a pesar de que no exista una batería (que genera una corriente eléctrica químicamente) en el circuito como se solía hacer en aquellos tiempos. Faraday concluyó que es posible inducir una corriente eléctrica en una bobina mediante un campo magnético en movimiento. La corriente inducida existe sólo cuando el campo magnético que pasa a través de la bobina cambia(a). En cuanto el campo magnético alcanza un valor estable al estar un rato en reposo, la corriente en la bobina desaparece (b). También se puede concluir que cuando se cambia la dirección del movimiento del imán, se cambia también la dirección de la corriente inducida por dicho movimiento(c).
Felipe Mediavilla.