Magnetómetro elemental para medición de la Campo magnético terrestre

Magnetómetro elemental para medición de la
componente horizontal del campo magnético terrestre
Lic. Prof. Carlos A. Vasquez
Correo electrónico: vasquez@gl.fcen.uba.ar
Campo magnético terrestre
El campo magnético de la Tierra en un lugar determinado tiene, como todo vector
tridimensional, tres componentes: X, en la dirección Norte geográfico; la Y, en la
dirección Este geográfico y Z en la dirección vertical, tomando como sentido positivo
hacia abajo.
Para determinar el campo magnético en un lugar y momento, se utilizan programas
como el IGRF (International Geomagnetic Reference Field), el cual estima - mediante
complejos modelos matemáticos- el campo en cualquier momento y lugar del planeta, a
partir de las mediciones realizadas en diveros lugares del mundo por las Estaciones
magnetométricas. Argentina cuenta con varias estaciones, entre las que se pueden
mencionar: Pilar (Córdoba), Las Acacias (Bs.As), Trelew(Chubut) y La Quiaca (Jujuy)
Para conocer el campo en un lugar determinado basta conocer la latitud, longitud
geográfica, altura (aproximada) y la fecha del año. Con estos datos, se accede al sitio de
Internet http:/ / www.ngdc.noaa.gov/cgi-bin/seg/gmag/#D
y se obtienen la componentes X, Y , Z del campo magnético. Así, por ejemplo en
Buenos Aires (Caseros) Latitud : 34,6167 Sur
Longitud: 58, 5667 Oeste (W).
Valores del IGRF
Model: IGRF2000
Latitude: -34.62 deg
Longitude: -58.57 deg
Elevation: 0.01 km
Date of Interest: 9/20/2001
-----------------------------------------------------------------------D
I
H
X
Y
Z
F
(deg)
(deg)
(nt)
(nt)
(nt)
(nt)
(nt)
-6.28
-36.80
18813
18700
-2058
-14070
Los datos están expresados en nT = 1E –9 Tesla.
La Declinación (D) indica los grados que se aparta el Norte magnético del Norte
geográfico, siendo positiva la dirección Este. En el caso de Buenos Aires, el N
magnético está orientado hacia el Oeste.
La Inclinación (I), indica el ángulo que forma el campo con la horizontal, siendo
positivo hacia abajo. En el caso de Buenos Aires, apunta hacia arriba.
H, indica la componente Horizontal del campo, que es la que se medirá con el
magnetómetro.
F, es el valor total del campo.
X : Componente Norte.
Y : Componente Este.
Z : Componente Vertical ( Positiva hacia abajo).
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El campo magnético de una bobina
El campo magnético a una distancia b (en metros), sobre el eje de una bobina de N
vueltas, de radio a (en metros), por la circula una corriente i (en Amperes), genera un
campo magnético B (en Teslas) de, ( Permeabilidad en el vacío:o = 4* *1E(-7)
newton . seg2/coul2 ):
B = N *(o/2) * i * a2 * (a2 + b2)(-1,5)
(1)
Construcción del magnetómetro
Se puede utilizar un tubo de cartón en que se enrrolla ,por ejemplo, el papel de aluminio
Estos son más duros que los traen rollos de papel de cocina. Se enrollan entonces unas
20 vueltas de alambre de transformador de Cobre de 0,4 mm (puede ser otra medida, no
es muy crítico mientras no levante mucha temperatura). Este alambre viene cubierto
con una delgada capa de barniz transparente, por lo que se debe raspar las puntas
(con un destonillador, por ejemplo) para hacer contacto.
Una pila de 1,5 AA (las que se usan en los walkman) alcalina sirve para generar la
corriente necesaria (circulan aprox. 1,5 A y se mantiene durante un buen tiempo). En
muchos casos el problema es que el campo generado es muy intenso y conviene alejar la
brújula, de forma tal que se debe preparar el dispositivo para correr la brújula unos 5 cm
o 10 cm.
Como brújula se puede utilizar cualquier brújula sencilla que venden en las casa de
camping (su precio fluctúa entre los 2 y 5 pesos), con el único cuidado que el cuadrante
esté dividido en grados y permita medir hasta 1 grado ( la mayoría de las que hay
cumplen con este requisito).
Medición del campo magnético
Se debe colocar el tubo en la dirección Este-Oeste magnético. De forma tal que la aguja
de la brújula queda exactamente perpendicular, al eje del tubo, orientada por el campo
terrestre (Bt). De esta forma al aplicar el campo magnético de la bobina (Bb) , se
observará una desviación de la dirección norte, medida respecto al Este, de  grados.
Para que la aguja se mantenga en equilibrio en esta posición, se debe cumplir:
Bt = tg b
(2)
Norte
Aguja

Este
Para medir la corriente i se puede utilizar un multímetro común de bajo precio, pues la
corriente es bastante intensa ( en algunos casos más de 1 A). Se debe tomar la
precaución de utilizar la entrada de 10 A, indicada en el multímetro.
Resultados y observaciones generales
Este instrumento de muy bajo costo ha sido realizado por alumnos. Se requieren unas 5
horas en total, distribuidas entre las siguientes actividades:
1)Armado: Una hora y media.
2) Práctica de mediciones y uso del multímetro (recordar que se lo debe utilizar en serie
y en la opción de 10 Amperios): Una hora y media.
3) Realización de mediciones en espacios abiertos y comparación de los resultados
entre los grupos y con el campo estimado mediante el IGRF.
Por sorprendente que parezca muchos alumnos no comprenden bien el significado del
norte de la brújula y tienden a creer que el norte está siempre hacia donde está marcado
en el cuadrante de la brújula, independientemente de la posición de la aguja de la
misma.
Un error muy común es no colocar el magnetómetro en la posición correcta (el tubo
exactamente en la direccción E-O magnético). Otra dificultad observada es que el
campo generado por la bobina es muy intenso, para remediar esto se pude intercalar una
resistencia o alejar la brújula. Conviene que la brújula tenga ángulos  grandes respecto
a la dirección E –O ( esto requiere campos de la bobina relativamente bajos).
Hay que prestar suma atención al ángulo que se mide en la brújula pues es motivo de
confusión, aún para el docente experimentado: Hay que repasar esto varias veces para
estar seguro que no se está midiendo el complementario.
Por último, si las condiciones lo permiten, es interesante realizar las mediciones del
campo en lugares abiertos (campo, patios,etc.), pues la proximidad de objetos de hierro
en las aulas distorsiona el campo).