Campo magntico terrestre

Campo magntico terrestre

Lneas del campo magntico terrestre. Salen del polo norte magntico hacia el polo surUna brjula apunta en la direccin Norte - Sur por tratarse de una aguja imantada inmersa en el campo magntico terrestre: desde este punto de vista, la Tierra se comporta como un imn gigantesco y tiene polos magnticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geogrficos.

El Polo Norte Magntico se encuentra a 1800 kilmetros del Polo Norte Geogrfico. En consecuencia, una brjula no apunta exactamente hacia el Norte geogrfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinacin magntica. La declinacin magntica en la actualidad es de 11. El polo norte magntico est desplazndose por la zona norte canadiense en direccin hacia el norte de Alaska. .

Tabla de contenidos

[ocultar] 1 Origen del campo magntico terrestre

2 Variaciones del campo magntico terrestre

3 Magnetismo planetario

4 Enlaces externos

[editar] Origen del campo magntico terrestreSe originara en las corrientes de la regin gnea de la Tierra, como consecuencia del movimiento de partculas cargadas elctricamente. Considerando el tamao de la Tierra, la velocidad de las partculas cargadas debe ser inferior a un milmetro por segundo para producir el campo magntico observable.

Otro origen probable son las corrientes de conveccin que se originan por el calor del ncleo. Quizs el campo magntico terrestre sea el producto de la combinacin de las corrientes de conveccin con los efectos de la rotacin terrestre.

[editar] Variaciones del campo magntico terrestreEl campo magntico de la Tierra vara en el curso de las eras geolgicas, es lo que se denomina variacin secular. Segn se ha comprobado por anlisis de los estratos al considerar que los tomos de hierro contenidos tienden a alinearse con el campo magntico terrestre. La direccin del campo magntico queda registrada en la orientacin de los dominios magnticos de las rocas y el ligero magnetismo resultante se puede medir.

Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en periodos geolgicos distintos se elaboraron mapas del campo magntico terrestre en diversas eras. Estos mapas muestran que ha habido pocas en que el campo magntico terrestre se ha reducido a cero para luego invertirse.

Durante los ltimos cinco millones de aos se han efectuado ms de veinte inversiones, la ms reciente hace 700.000 aos. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 aos. El estudio de los sedimentos del fondo del ocano indica que el campo estuvo prcticamente inactivo durante 10 o 20 mil aos, hace poco ms de un milln de aos. Esta es la poca en la que surgieron los seres humanos.

No se puede predecir cundo ocurrir la siguiente inversin porque la secuencia no es regular. Ciertas mediciones recientes muestran una reduccin del 5% en la intensidad del campo magntico en los ltimos 100 aos. Si se mantiene este ritmo el campo volver a invertirse dentro de unos 2.000 aos.

[editar] Magnetismo planetarioEl magnetismo es un fenmeno extendido a todos los tomos con desequilibrio magntico. La agrupacin de dichos tomos produce los fenmenos magnticos perceptibles, y los cuerpos estelares, los planetas entre ellos, son propicios a tener las condiciones para que se desarrolle un campo magntico de una cierta intensidad. En el interior de los planetas, la acumulacin de materiales ferromagnticos (como hierro) y su movimiento diferencial relativo respecto a otras capas del cuerpo inducen un campo magntico de intensidad dependiente de las condiciones de formacin del planeta. En el mismo siempre se distinguen los dos polos, equivalentes a los de un imn normal. En el caso de la Tierra, la zona en la que se mueve est influenciada por el campo magntico solar, pero el propio campo magntico terrestre crea como una burbuja, la magnetosfera terrestre, dentro del anterior. Dicha burbuja tiene una capa lmite entre su influencia y la solar (magnetopausa) que es aproximadamente esfrica hacia el Sol, y alargada hacia el sistema solar externo, acercndose a la superficie terrestre en los polos magnticos terrestres. La interaccin en constante evolucin entre ambos campos magnticos y las partculas magnticas provenientes del Sol produce fenmenos como las auroras (boreales o australes) y la interferencia en las comunicaciones radioelctricas

Un poderoso campo magntico rodea a la Tierra, como si el planeta tuviera un enorme imn en su interior y cuyos polos magnticos no coinciden con los polos geogrficos de su eje. Esto se produce porque las posiciones de los polos magnticos no son constantes y muestran notables cambios de ao en ao.

El magnetismo de la Tierra es el resultado del movimiento que se produce dentro de ella. La teora sugiere que el ncleo de hierro es lquido (excepto en el mismo centro, donde la presin solidifica el ncleo) y que las corrientes de conveccin, que se producen dentro del mismo, crean un gigantesco campo magntico.

Se calcula que el campo magntico tiende a trasladarse hacia el Oeste alrededor de 20 km. por ao. El ncleo slido interno gira ms despacio que el ncleo exterior, explicndose as el traslado hacia el Oeste.La intensidad del campo magntico de la Tierra vara en diferentes puntos de su superficie. Para medir la intensidad se utilizan aparatos llamados magnetmetros.La orientacin del campo magntico se ha desplazado a travs del tiempo con respecto a los continentes, pero se cree que el eje sobre el que gira la Tierra ha sido siempre el mismo. Mediante estudios realizados en rocas, y en las anomalas magnticas de las cuencas de los ocanos, se ha calculado que el campo magntico ha invertido su polaridad alrededor de 170 veces en los ltimos 100 millones de aos. Esto se ha podido realizar a partir de los istopos radiactivos de las rocas

Hasta el siglo XVI el hombre no intuy que la Tierra se comportaba como un gigantesco imn. Desde entonces, diversos cientficos se aplicaron al estudio del magnetismo terrestre, contribuyendo de manera fundamental a aumentar el conocimiento y la comprensin de este fenmeno

La existencia del campo magntico de la Tierra es conocida desde muy antiguo, por sus aplicaciones a la navegacin a travs de la brjula. En el ao 1600, el fsico ingls de la corte de Isabel I, William Gilbert, public la obra titulada De magnete, considerada como el primer tratado de magnetismo. Gilbert tall un imn en forma de bola y estudi la distribucin del campo magntico en su superficie.

Encontr que la inclinacin del campo en este imn esfrico coincida con lo que se saba acerca de la distribucin del campo terrestre. De este experimento concluy que la Tierra era un gigantesco imn esfrico. Posteriormente, los estudiosos del geomagnetismo observaron que, tomando en cuenta la declinacin, la mejor representacin del campo terrestre sera un imn esfrico cuyo eje de rotacin estuviera desviado unos 110 del eje geogrfico de la Tierra.

La Tierra es un imnUn imn suspendido horizontalmente adopta una posicin tal que uno de sus extremos apunta aproximadamente hacia el polo norte geogrfico. Este extremo se llama polo norte del imn; el opuesto se denomina polo sur. Los polos del mismo nombre de dos imanes se repelen y los de nombre contrario se atraen.

El polo norte de la aguja de una brjula apunta al polo norte geogrfico, porque la Tierra misma es un imn: el polo sur de este imn est cerca del polo norte geogrfico y, como los polos contrarios de dos imanes se atraen mutuamente, resulta que el polo norte de la brjula es atrado por el polo sur del imn terrestre, que est en las proximidades del polo norte geogrfico.

Sin embargo, la brjula indica cul es la direccin de la lnea geogrfica Norte-Sur slo de un modo aproximado. Los polos norte y sur geogrficos son los dos puntos donde el eje de rotacin de a Tierra corta a la superficie terrestre. Normalmente, la aguja de la brjula se desva hacia el Este o hacia el Oeste del norte geogrfico. Este ngulo de desviacin se denomina declinacin.

Una aguja magntica suspendida por su centro de gravedad no se mantiene en posicin horizontal. el extremo que seala al Norte se inclina hacia el suelo en el hemisferio septentrional, y lo mismo hace el extremo que seala al Sur, en el hemisferio meridional. Este ngulo de desviacin de la aguja respecto de la horizontal se llama inclinacin magntica. El valor de la inclinacin, al igual que el de la declinacin, es diferente de un punto a otro de la superficie de la Tierra.

El campo magntico terrestre se caracteriza tambin por su intensidad. La intensidad de un campo magntico se mide en gauss. El campo magntico terrestre es bastante dbil, del orden de 0,3 gauss en las proximidades del ecuador y de 0,7 gauss en las regiones polares.

El alineamiento en general Norte-Sur de las lneas magnticas, de acuerdo con el eje de rotacin terrestre, sugiere que el campo, en lo fundamental; constituye un dipolo. Resulta inclinado unos 110 respecto al eje de rotacin terrestre, y presenta considerables irregularidades (no corresponde al campo de un dipolo perfecto).

Hiptesis del magnetismo terrestreHay dos modos de producir un campo magntico: bien por medio de un cuerpo imanado, bien a travs de una corriente elctrica. Antiguamente, se crea que el magnetismo terrestre estaba originado por un gigantesco imn situado dentro de la Tierra (hiptesis del imn permanente). Ciertamente, la Tierra contiene yacimientos de minerales de hierro, y se cree que su ncleo est compuesto por hierro y nquel, sustancias altamente magnticas. Si este ncleo, cuyo radio excede de los 3.400 km, es en efecto un imn permanente, el campo magntico terrestre puede muy bien ser atribuido a l.

Sin embargo, las sustancias ferromagnticas, como el hierro y el nquel, pierden su magnetismo por encima del denominado punto de Curie, que es de 770 C para el hierro y de 360 C para el nquel. Como la temperatura del ncleo es superior a estos valores (es mayor de 2.000 0C), ni el nquel ni el hierro pueden conservar su ferromagnetismo. El ncleo terrestre no puede ser, pues, un imn permanente.

Otras teoras, posteriores a la de la imanacin permanente, estn basadas en la rotacin de cargas elctricas. Tambin se han propuesto diversas hiptesis que se fundamentan en el fenmeno termoelctrico y el efecto Hall. Sin embargo, todas han sido abandonadas a favor de las que postulan la existencia en el ncleo de la Tierra de fenmenos semejantes a los de una dinamo autoexcitada.

Varios indicios geofsicos sobre la existencia de un ncleo terrestre de naturaleza fluida y alta densidad, compuesto casi en su totalidad de hierro, sirven de base a las teoras que sitan el origen del campo magntico en procesos dinmicos que tienen lugar en su interior. J. Larmor, en 1919, fue el primero en proponer este tipo de proceso como constitutivo de un efecto de dinamo auto excitada, que originara el campo magntico terrestre. El fenmeno se basa en que el movimiento de circulacin de material conductor en presencia de un campo magntico genera corrientes elctricas que, a su vez, realimentan el campo inductor. En el caso de la Tierra o este movimiento afecta al material fluido del ncleo. En 1934, Cowling demostr, en oposicin a Larmor, que un mecanismo con simetra de revolucin no poda servir como explicacin de la generacin de un campo magntico estable. Desde 1946 se vuelve a dar impulso a las teoras de la dinamo autoinducda, debido a los trabajos pioneros de W. M. Elsasser, E. C. Bullard y H. Gellman; en la actualidad es, prcticamente, la nica manera de explicar el origen del campo geomagntico.

Variaciones del campo magntico terrestreLos estudios permanentes que se realizan en cualquier observatorio demuestran que el campo magntico terrestre no es constante, sino que cambia continuamente. Hay una variacin pequea y bastante regular de un da a otro (variacin diurna). La variacin en la declinacin es de algunos minutos de arco, y la variacin en la intensidad es del orden de 10-4gauss.

Algunos das se producen perturbaciones mucho mayores, que alcanzan hasta varios grados en la declinacin y 0,01 gauss en la intensidad. Son las llamadas tormentas magnticas, generadas por corrientes elctricas que tienen lugar en las capas superiores de la atmsfera. A unos cuantos centenares de kilmetros por encima de la superficie terrestre existe una zona llamada ionosfera, en la que hay electrones libres arrancados a los tomos de oxgeno y nitrgeno por la radiacin solar. Las partculas cargadas positiva y negativamente (iones y electrones) hacen que el aire en la ionosfera sea un conductor elctrico. Estas corrientes elctricas de la ionosfera originan campos magnticos que causan variaciones transitorias del campo magntico terrestre.

Variacin secular: el campo geomagntico deriva hacia el OesteLas variaciones temporales del campo magntico terrestre, de periodo tan largo que slo se aprecian al comparar valores medios anuales durante varios aos, reciben el nombre de variacin secular. Un fenmeno de la variacin secular hace referencia a que la distribucin del campo geomagntico se mueve lentamente hacia el Oeste. El promedio de avance es del orden de 0,18v de longitud por ao. A esta velocidad, la distribucin del campo dara la vuelta completa a la Tierra en unos 2.000 aos. A diferencia de las tempestades magnticas, que ocurren por causas externas, las anomalas alargo plazo y su marcha hacia el Oeste se deben a causas localizadas en el interior de la Tierra. Los cambios internos tienen lugar de modo muy lento y abarcan hasta millares de millones de aos. En comparacin, dos mil aos es, pues, un tiempo muy corto. Este elemento constituye una de las claves fundamentales en el estudio del magnetismo terrestre.

PaleomagnetismoEl paleomagnetismo es la ciencia qu estudia el magnetismo antiguo de la Tierra. El fundamento d esta disciplina es la propiedad que tienen ciertas rocas en las que existen granos de minerales magnticos, como la magnetita, de adquirir una imanacin inducida por el campo magntico terrestre y en su misma direccin. Cada grano de magnetita se convierte as en un pequeo imn. Una roca que contenga este mineral tendr una imanacin que ser la suma de la de todos sus pequeos granos de magnetita. Esta imanacin tiene la propiedad de que, aunque cambie despus la direccin del campo magntico terrestre, ella permanece inalterada y se conserva constante. El estudio de la imanacin de rocas antiguas permite conocer la direccin que tuvo el campo magntico terrestre en otras pocas

- Momentos principales de inercia de un paraleleppedo de masa M y lados a, b, c.

Los tres momentos de inercia han de tener, por razones de simetra, una estructura anloga, y serian iguales solamente si las tres aristas fueran iguales, es decir, si se tratara de un cubo, o bien de un paraleleppedo de caras iguales.

Utilizaremos el momento de inercia de una cara rectangular con respecto a un eje contenido en ella y aplicaremos a continuacin el teorema de Steiner

El momento de inercia de la cara bc (oscurecida en la figura), es con respecto al eje de simetra contenido en ella que atraviesa el lado b por su punto medio. Es tambin , por lo cual, aplicando Steiner:

Por tanto, ser:

Por analoga, es Y el tensor de inercia es

Momentos principales de inercia de una superficie rectangular, de masa M, base b y altura h, y grosor despreciable.

Los momentos de Inercia Ix e Iy son con respecto a un eje contenido en la superficie rectangular, y el momento Iz es con respecto a un eje perpendicular a la superficie por el centro de inercia.

Se tiene:

Clculos:

Por analoga es tambin:

Y tambin:

Por lo que el tensor de inercia queda as: