Campo magnético terrestre: origen, características, función
El campo magnético terrestre es el efecto magnético que la Tierra ejerce y que se extiende desde su interior hasta cientos de kilómetros en el espacio. Es muy semejante al que produce un imán de barra. Esta idea fue sugerida por el científico inglés William Gilbert en el siglo XVII, quien también observó que no es posible separar los polos del imán.
La figura 1 muestra las líneas de campo magnético terrestre. Siempre son cerradas, atraviesan el interior y prosiguen por el exterior, formando una especie de cobertura.
El origen del campo magnético de la Tierra es aún un misterio. El núcleo terrestre externo, de hierro fundido, no puede por sí solo producir el campo, pues la temperatura es tal que destruye el ordenamiento magnético. El umbral de temperatura para esto se conoce como temperatura de Curie. Por lo tanto es imposible que una gran masa de material magnetizado sea responsable del campo.
Descartada esta hipótesis, hay que buscar el origen del campo en otro fenómeno: la rotación terrestre. Esta provoca que el núcleo fundido gire de manera no uniforme, creando el efecto dinamo, en el cual un fluido genera espontáneamente un campo magnético.
Se cree que el efecto dinamo es el causante del magnetismo de los objetos astronómicos, por ejemplo el del Sol. Pero hasta ahora se desconoce el por qué un fluido es capaz de comportarse de esta forma y cómo las corrientes eléctricas producidas logran mantenerse.
Índice del artículo
– El campo magnético terrestre es el resultado de tres contribuciones: el campo interno propiamente dicho, el campo magnético externo y el de los minerales magnéticos en la corteza:
- Campo interno: se asemeja al de un dipolo magnético (imán) ubicado en el centro de la Tierra y su contribución es de cerca del 90%. Varía muy lentamente en el tiempo.
- Campo externo: proviene de la actividad solar en las capas de la atmósfera. No se parece al del dipolo y presenta numerosas variaciones: diaria, anual, tormentas magnéticas y más.
- Las rocas magnéticas en la corteza terrestre, que también crean su propio campo.
– El campo magnético está polarizado, presentando polos norte y sur, al igual que un imán de barra.
– Como los polos contrarios se atraen, la aguja de la brújula, que es su polo norte, siempre apunta a las cercanías del norte geográfico, donde está el polo sur del imán terrestre.
– La dirección del campo magnético se representa en forma de líneas cerradas que salen del sur magnético (polo norte del imán) y entran al norte magnético (polo sur del imán).
– En el norte magnético -y en el sur magnético también-, el campo es perpendicular a la superficie terrestre, mientras que en el ecuador, el campo es rasante. (ver figura 1)
– La intensidad del campo es mucho mayor en los polos que en el ecuador.
– El eje del dipolo terrestre (figura 1) y el eje de rotación no están alineados. Hay un desplazamiento de 11,2º entre ellos.
Puesto que el campo magnético es vectorial, un sistema cartesiano de coordenadas XYZ con un origen O ayuda a establecer su posición.
La intensidad total del campo o inducción magnética es B y sus proyecciones o componentes son: H en lo horizontal y Z en lo vertical. Se relacionan mediante:
-D, el ángulo de declinación magnética, formado entre H y el norte geográfico (eje X), positivo hacia el este y negativo hacia el oeste.
-I, el ángulo de inclinación magnética, entre B y H, positivo si B está debajo de la horizontal.
La aguja de la brújula se orientará en la dirección de H, la componente horizontal del campo. El plano determinado por B y H se denomina meridiano magnético, mientras que el ZX es el meridiano geográfico.
El vector campo magnético queda totalmente especificado si se conocen tres de las siguientes cantidades, las cuales reciben el nombre de elementos geomagnéticos: B, H, D, I, X, Y, Z.
He aquí algunas de las funciones más importantes del campo magnético terrestre:
-Los seres humanos lo han utilizado para orientarse mediante la brújula durante cientos de años.
-Ejerce una función protectora del planeta, al envolverlo y desviar las partículas cargadas que el Sol emite continuamente.
-Aunque el campo magnético de la Tierra (30 – 60 micro Tesla) es débil en comparación con los del laboratorio, es lo suficientemente intenso como para que ciertos animales lo usen para orientarse. Así lo hacen las aves migratorias, las palomas mensajeras, las ballenas y algunos cardúmenes de peces.
-La magnetometría o medición del campo magnético se emplea para la prospección de recursos minerales.
Se conocen como las luces del norte o del sur, respectivamente. Aparecen en las latitudes cercanas a los polos, donde el campo magnético es casi perpendicular a la superficie terrestre y mucho más intenso que en el ecuador.
Tienen su origen en la una gran cantidad de partículas cargadas que el Sol envía continuamente. Las que son atrapadas por el campo, generalmente se desvían hacia los polos, a causa de la mayor intensidad. Allí aprovechan para ionizar la atmósfera y en el proceso se emite luz visible.
Las luces del norte son visibles en Alaska, Canadá y el norte de Europa, por la cercanía del polo magnético. Pero debido a la migración de este, es posible que con el tiempo se hagan más visibles hacia el norte de Rusia.
Aunque por ahora no parece ser el caso, ya que las auroras no siguen exactamente al errático norte magnético.
Para la navegación, sobre todo en viajes muy largos, es sumamente importante conocer la declinación magnética, a fin de realizar la corrección necesaria y encontrar el norte verdadero.
Esto se logra mediante mapas que indiquen las líneas de igual declinación (isógonas), ya que la declinación varía muchísimo según la ubicación geográfica. Ello es debido a que el campo magnético experimenta variaciones locales de manera continua.
Los números grandes que aparecen pintados en las pistas de aterrizaje son las direcciones en grados con respecto al norte magnético, divididas entre 10 y redondeadas.
Los tipos de norte
Por más confuso que parezca, hay varios tipos de norte, definidos mediante algún criterio particular. Así, podemos encontrar:
Norte magnético, es el punto de la Tierra donde el campo magnético es perpendicular a la superficie. Allí apunta la brújula, y por cierto, no es antipodal (diametralmente opuesto) con el sur magnético.
Norte geomagnético, es el lugar por donde el eje del dipolo magnético asoma a la superficie (ver la figura 1). Como el campo magnético terrestre es un poco más complejo que el campo del dipolo, este punto no coincide exactamente con el norte magnético.
Norte geográfico, por allí pasa el eje de rotación terrestre.
Norte de Lambert o de la cuadrícula, es el punto donde convergen los meridianos de los mapas. No coincide exactamente con el norte geográfico o verdadero, ya que la superficie esférica de la Tierra se distorsiona al ser proyectada sobre un plano.
Hay un hecho desconcertante: los polos magnéticos pueden cambiar de posición en el curso de unos pocos miles de años, y actualmente está sucediendo. De hecho se sabe que ha pasado unas 171 veces antes, en los últimos 17 millones de años.
La evidencia se encuentra en las rocas que emergen de una grieta en medio del océano Atlántico. A medida que sale, la roca se enfría y solidifica, fijando la dirección de la magnetización terrestre para el momento, la cual se conserva.
Pero hasta ahora no hay una explicación satisfactoria de por qué sucede, ni tampoco de dónde procede la energía necesaria para invertir el campo.
Como se comentó previamente, el norte magnético actualmente se está moviendo aceleradamente hacia Siberia, y el sur también se mueve, aunque más despacio.
Algunos expertos creen que se debe a un flujo de hierro líquido a alta velocidad, justo debajo de Canadá, que debilita al campo. Puede que también se trate de los comienzos de una inversión magnética. La última que sucedió fue hace 700.000 años.
Puede ser que la dinamo que da origen al magnetismo terrestre se apague por un tiempo, ya sea espontáneamente o por alguna intervención externa, como el acercamiento de un cometa por ejemplo, aunque de esto último no se tiene evidencia.
Cuando la dinamo se reinicia, los polos magnéticos han cambiado de lugar. Pero también puede ocurrir que la inversión no sea completa, sino una variación temporal del eje del dipolo, que finalmente regresará a su posición original.
Se lleva a cabo con las bobinas de Helmholtz: dos bobinas circulares idénticas y concéntricas, por las que pasa una misma intensidad de corriente. El campo magnético de las bobinas interactúa con el de la Tierra, dando lugar a un campo magnético resultante.
En el interior de las bobinas se crea un campo magnético aproximadamente uniforme, cuya magnitud es:
-I es la intensidad de la corriente
-μo es la permeabilidad magnética del vacío
-R es el radio de las bobinas
-Con una brújula colocada en el eje axial de las bobinas, determine la dirección del campo magnético terrestre BT.
-Oriente el eje de las bobinas para que sea perpendicular a BT. De esta forma el campo BH generado en cuanto se haga pasar la corriente, será perpendicular a BT. En este caso:
-BH es proporcional a la corriente que se hace pasar por las bobinas, de manera que BH = k.I, donde k es una constante que depende de la geometría de dichas bobinas: radio y número de vueltas. Al medir la corriente, se puede tener el valor de BH. De modo que:
BH = k.I = BT. tg θ
Por lo tanto:
-Por las bobinas se hacen pasar varias intensidades y en una tabla se anotan las parejas (I, tg θ).
-Se elabora la gráficaI vs. tg θ. Como la dependencia es lineal, se espera obtener una recta, cuya pendiente m es:
m = BT /k
-Por último, a partir del ajuste de la recta por mínimos cuadrados o por ajuste visual, se procede a determinar el valor de BT.
- Earth Magnetic Field. Recobrado de: web.ua.es
- Grupo de Magneto-hidrodinámica de la Universidad de Navarra. Efecto dínamo: historia. Recobrado de: fisica.unav.es.
- Kirkpatrick, L. 2007. Física: Una mirada al mundo. 6ta Edición abreviada. Cengage Learning.
- NASA. Earth’s Magnetic Field and its Changes in Time. Recuperado de:image.gsfc.nasa.gov.
- NatGeo. El polo norte magnético de la Tierra se está moviendo. Recobrado de: ngenespanol.com.
- Scientific American. The Earth Has More Than One North Pole. Recobrado de: scientificamerican.com.
- Wikipedia. Geomagnetic pole. Recobrado de:en.wikipedia.org.