Profesor Dr. D. José Daniel Sierra Murillo
Didáctica de las Ciencias experimentales: Física y Química

CAMPO MAGNÉTICO, B (*), TERRESTRE (%participación al final)
Estudio y Preparación del Guión de la Práctica en Casa.
Realización del Trabajo Experimental en el Laboratorio.
Conclusiones sobre el Trabajo Experimental en el Laboratorio.

(*)
Según el SI, el nombre de la magnitud B sería “densidad de flujo magnético” o “inducción magnética”.
Historia y Fundamento Teórico
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por
primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro en Asia Menor, de ahí el
término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro, y que los trocitos de hierro
atraídos atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales. El primer filósofo
griego que estudió el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto (625 – 545 a.C.).
En China, la primera referencia a este fenómeno se
encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C. titulado
“Libro del amo del valle del diablo”: «La magnetita
atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste». La
primera mención sobre la atracción de una aguja
aparece en un trabajo realizado entre los años 20 y 100
de nuestra era: «La magnetita atrae a la aguja».
El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la
precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el
siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la
brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir
desarrollar esta técnica en 1187.
El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes hasta que en 1820, Hans
Christian Ørsted (Rudkobing, 1777-1851), profesor de la Universidad de Copenhague,
descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente eléctrica ejercía una
perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder
mover una aguja magnética situada en esa zona.
Campo magnético terrestre
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Muchos otros experimentos siguieron con André-Marie Ampère (Lyon, 1775-1836), Carl
Friedrich Gauss (Brunswick, 1777-1855), Michael Faraday (Newington, 1791-1867) y otros
que encontraron vínculos entre el magnetismo y la electricidad. James Clerk Maxwell
(Edimburgo, 1831-1879) sintetizó y explicó estas observaciones en sus ecuaciones de
Maxwell. Unificó el magnetismo y la electricidad en un solo campo, el electromagnetismo. En
1905, Einstein (Ulm, 1879-1955) usó estas leyes para comprobar su teoría de la relatividad
especial, en el proceso mostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente
vinculadas.
Podemos decir que la evolución del mundo en el campo científico-tecnológico influye en la
vida del ser humano. Esto se ve de manera particular en el desarrollo de diferentes áreas de
alta tecnología que utilizan los principios del electromagnetismo en el diseño de sistemas de
comunicación, medición, etc. Asimismo, la creación de nuevos materiales y su aplicación se
basan en gran medida en dichos principios. O aplicaciones en medicina como la resonancia
magnética nuclear, etc..
Conviene destacar la importancia de un campo magnético sumamente importante en
diferentes ámbitos de la vida en la Tierra: “el campo magnético terrestre”. Por ejemplo:
La protección que el campo magnético terrestre supone para la Tierra respecto a la
acción del viento solar (corriente de partículas de alta energía provenientes del Sol) y
otras partículas y radiaciones provenientes del espacio exterior al Sistema Solar.
Campo magnético terrestre
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Su influencia en la actividad de diferentes seres vivos (abejas, tortugas, etc.) que lo
utilizan para el posicionamiento terrestre en sus migraciones y movimientos locales.
La importancia de la exactitud en la determinación de los polos magnéticos terrestres,
así como el seguimiento de su movimiento a lo largo de los años (en la actualidad hay
una aceleración en su movimiento y un debilitamiento de su intensidad) en diversos
sistemas de comunicación y transporte.
El campo magnético terrestre lo crean flujos de materiales fundidos (sobre todo, compuestos
de Fe) del núcleo externo de la Tierra (el núcleo interno se cree que está en fase sólida) cuyas
cargas están descompensadas. Por tanto, esos flujos de materiales fundidos con carga neta
simulan intensidades de corrientes eléctricas, que son las responsables de la inducción de
campos magnéticos. En el caso que nos ocupa, el Campo Magnético Terrestre.
Nuestro acercamiento al Campo Magnético Terrestre lo haremos a través de una variante del
experimento de Hans Christian Ørsted.
Con ayuda de una brújula, analizaremos la variación de la dirección del campo magnético
total, BTOT, mediante la determinación del ángulo, α, entre la dirección que indica la brújula
de dicho vector campo magnético total, BTOT, y la dirección de la componente horizontal del
Campo Magnético Terrestre, BH,T, (Figs. 1 y 2) determinada al comienzo de la experiencia.
1.5 A
I
Fuente de
Intensidad
R
BH,T
BH,T
brújula

brújula
B(I)
Figura 1: Vista lateral.
Campo magnético terrestre
B(I)
espiras
circulares
BTOT
conexión
5 espiras
B( I )
 tg 
BH,T
Figura 2: Vista cenital.
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La variación de la dirección de este campo magnético total, BTOT, respecto a la dirección de la
componente horizontal del Campo Magnético Terrestre, BH,T, se debe a que es igual a la suma
de los siguientes vectores:
a) BH,T, componente horizontal del Campo Magnético Terrestre.
b) B(I), el campo magnético producido por la intensidad de corriente eléctrica, I, que
circula por unas espiras circulares (Fig. 1).

B I 



 tg .
BTOT  BH, T  BI   
BH, T

Donde el vector campo magnético, BI  , podemos variarlo en función de la intensidad de
corriente eléctrica, I, que haremos circular por unas espiras circulares.

Las características físicas del vector BI  son:

 N ·0 
b1. Su m
móódduulloo viene dado por la expresión: BI   BI    2 R ·I , donde:


N, número de espiras circulares.
0  4 ·107 N/A2 , es la permeabilidad magnética en el vacío, es decir, depende
del medio físico donde nos encontramos. En nuestro caso, será en aire y
supondremos que la permeabilidad magnética del aire del laboratorio es
aproximadamente igual a la del vacío. Velocidad de la luz en el vacío,
c0  1
 0 · 0
 c0  299792458 m/s , donde ε0  8.854187817
·1012 F/m es
la permitividad dieléctrica en el vacío.
R, es el valor medio del radio de las espiras circulares.
I, es la intensidad de corriente que circula por cada una de las espiras circulares.

b2. La ddiirreecccciióónn de BI  es perpendicular al plano de las espiras circulares.

b3. Y el sseennttiiddoo de BI  sigue la regla de la mano derecha. Los

B I 
cuatro dedos (índice, corazón, anular y meñique) de la mano
derecha simulan el sseennttiiddoo ddee llaa iinntteennssiiddaadd ddee ccoorrrriieennttee
I
eellééccttrriiccaa, I, y el dedo pulgar indicaría el sentido del campo magnético.
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Ejercicios Teóricos en Casa (utiliza la Hoja EXCEL)
1.

 N ·0 
Calcula el m
móódduulloo ddeell ccaam
mppoo m
maaggnnééttiiccoo, BI   BI    2 R ·I , inducido por la


circulación de una intensidad de corriente, I = 1 A por un conjunto de N = 5 espiras
circulares cuyos radios tienen un valor medio, R = 0.12 m. 2,6x10-5
2.
V

B I 
 tg , que
Con base en los datos del ejercicio anterior, calcula el ángulo, α  
BH, T



formará el campo magnético total, BTOT  BTOT  BH, T  BI  , respecto a la dirección de
la componente horizontal del Campo Magnético Terrestre, BH,T, en Logroño. En la
actualidad, su valor aproximado es, |BH,T|  2.43276·10-5 T. La dirección de la página web
donde puede obtenerse este dato es: http://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/#igrfwmm
1,076tg=47º
Realización del Trabajo Experimental en el Laboratorio
Objetivo
Diseñar el sistema electromagnético observado en las Figuras 1 y 2 para comprobar
experimentalmente el resultado obtenido en el Ejercicio Teórico 2.. Así como obtener el
módulo de la componente horizontal del Campo Magnético Terrestre, |BH,T|, en Logroño.
Material
Conjunto experimental placa vertical (con diversas configuraciones de espiras) y soporte en su
base, una brújula sobre otro soporte en el centro de dicha placa vertical, una fuente de
alimentación regulable en intensidad y voltaje, cables.
Realización práctica (utiliza la Hoja EXCEL)
Antes de empezar el diseño de la experiencia, comprobaremos en la fuente:
 Que está enchufada a la red general (220 V, AC).
 Que su interruptor se encuentra desconectado (en posición OFF).
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 Que los reguladores de tensión (2 controles) y de intensidad (1 control) están girados a
izquierda hasta el mínimo (a cero).
a) Diseño del sistema electromagnético (ver Figuras 1 y 2).
1.
En el polo positivo (color rojo) de la fuente de intensidad de corriente, I, conecta uno de
los extremos del primer cable conductor, y el otro extremo con el punto de conexión
superior de la placa vertical.
2.
Cerramos el circuito (por donde circulará I) conectando un extremo del segundo cable
conductor en el punto de conexión inferior (5 espiras) de la placa vertical, y su otro
extremo lo conectamos en el polo negativo (color negro) de la fuente.
3.
En la plataforma graduada del centro de la placa vertical, disponemos la brújula de la
siguiente forma (Fig. 1 y 2):
a) Rotamos la corona exterior de la brújula hasta que los cuatro puntos cardinales (E, N,
W y S) coinciden con los ángulos (0, 90, 180 y 270º) respectivamente.
b) Centramos la brújula sobre la plataforma, haciendo coincidir su dirección N-S con la
dirección 0º-0º de la plataforma. Y la W-E con la 90º-90º.
4.
Finalmente, reorientamos la placa vertical hasta que sea paralela a la dirección de la
componente horizontal del Campo Magnético Terrestre, BH,T, indicada por la aguja de la
brújula (Fig. 1 y 2).

En este momento, el campo magnético inducido es nulo, BI  0 A  0 T , ya que no circula
intensidad de corriente eléctrica, I, por las espiras y, por tanto, el ángulo de desviación de la
aguja de la brújula es cero,  = 0, es decir, la brújula apunta al Polo Norte Magnético







Terrestre, BTOT I  0 A  BH, T  BI  0 A  BH, T  0  BTOT I  0 A  BH, T .
b) Comprobación experimental del resultado del Ejercicio Teórico 2..
Una vez tenemos montado el sistema electromagnético, ponemos las condiciones de
funcionamiento propuestas en el citado Ejercicio:
1.
Con los reguladores de tensión e intensidad al mínimo, conectamos el interruptor de la
fuente (en posición ON).
2.
Giramos el regulador de tensión al máximo. Observad en el “display” que la intensidad
que sale de la fuente (la que circula por las 5 espiras circulares) es nula porque el otro
control aún está a cero.
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A continuación, giramos el regulador de intensidad hasta que en el “display” aparezca el
valor de la intensidad de corriente eléctrica que deseamos que circule por las 5 espiras: I
= 1 A.
4.
Finalmente, anotamos el ángulo, α, que ha rotado la aguja de la brújula respecto a su
dirección inicial y comprobamos que coincide con el resultado del Ejercicio Teórico 2..
c)
Obtención del módulo de la componente horizontal del Campo Magnético Terrestre,
|BH,T| en Logroño.
Una vez comprobado experimentalmente el resultado del Ejercicio 2, utilizamos la medida

B I 
 tg para
experimental del ángulo, α, el resultado del Ejercicio 1. y la ecuación 
BH, T
calcular el módulo de la componente horizontal del Campo Magnético Terrestre, |BH,T|, en

BI 

Logroño. Por tanto, BH, T 
.
tg
valor
Ejercicios de Casa
1.

BH,T  2.43276·10 5 T
2.
Medidas y Cálculos
en el Laboratorio
Campo magnético terrestre
unidad SI
(Símbolo)
B=
0  4 ·107 N/A2

 N ·0 
B  I   B I   
·I
 2R 
unidad SI
(Nombre)

B I 
  tg
BH, T
α=
Diseño y Verificación del Sistema Electromagnético.
b)
α=
c)
| B H,T | =
a)
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Conclusiones sobre el Trabajo Experimental en el Laboratorio
1.
El Campo Magnético Terrestre, ¿es una magnitud física escalar o vectorial? Razona tu
respuesta.
Magnitud vectorial, porque posee magnitud dirección y sentido al mismo tiempo.
2.
¿En qué parte de la práctica se pone de manifiesto la respuesta a la pregunta anterior?
Razona tu respuesta.
3.
Con ayuda de la herramienta “Magnetic Field Calculators” disponible en la dirección
web: http://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/#igrfwmm, obtén la componente horizontal
del campo magnético terrestre de una ciudad cualquiera del mundo.
Indicar: Apellidos, Nombre y %participación
Campo magnético terrestre
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CAMPO MAGNÉTICO, , TERRESTRE B 

Práctica Determinación del campo magnético terrestre Objetivo: Base Teórica:

Práctica Determinación del campo magnético terrestre Objetivo: Base Teórica:

Electricidad y magnetismoEspira, imán, poloElectromagnetismoBrújulaCircuito

Campo Magnético.

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ElectromagnetismoCampo magnéticoFísicaEnergía eléctricaCuántica

Inducción magnética

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Electricidad y magnetismoCampo magnético y eléctricoFEM (Finite Elements Method) fuerza electromotriz inducidaLey FaradaySolenoide, espiras

CorrientesInteraccionesFísicaLenguaje matemáticoTiempoMateriaEnergíaEspacioCargas eléctricasCiencia fundamental sistemáticaEnergía eléctricaNaturaleza

3 .  C

3 . C

TangenciaTeorema de HelmholtzFronteraCondensadoresEcuacionesComponentes

9. UNIDADES ρ  =

9. UNIDADES ρ =

CargaDesplazamientoUnidadesVectorConstanteEnergíaPermitividadDensidadIntensidadCapacidadPotencial

Fuerza magnética sobre conductor rectilíneo

Fuerza magnética sobre conductor rectilíneo

Inducción electromagnéticaFísicaMecánicaLey de FaradayFuerzas

MARCO TEORICO CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

MARCO TEORICO CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Polos magnéticosPolos geográficosElectromagnetismoCorriente rectilíneaLey de Biot-SavartFísica