¡Oriéntate con un magnetómetro!
¡Oriéntate con un magnetómetro!
Encontrar la dirección del norte utilizando un magnetómetro
Desde hace siglos, los exploradores utilizan brújulas para orientarse en la superficie de la Tierra.
Hoy en día, los smartphones poseen también un sensor capaz de medir el campo magnético terrestre: el magnetómetro.
En esta actividad, vas a transformar tu smartphone en brújula digital y descubrir cómo encontrar experimentalmente la dirección del norte magnético.
Visão geral da atividade:
El alumno utiliza el magnetómetro de FizziQ para determinar la dirección del norte magnético. Actividad adaptada al Colegio. El campo magnético terrestre es un fenómeno invisible pero esencial, utilizado en navegación, en geofísica y en numerosas aplicaciones científicas y tecnológicas.
FizziQ
Autor:
Duração (minutos):
O que os alunos farão:
'- Comprender que el campo magnético terrestre posee una dirección y una intensidad.
- Utilizar un magnetómetro para medir un fenómeno físico invisible.
- Identificar experimentalmente la dirección del norte magnético.
- Relacionar las mediciones de un sensor digital con el funcionamiento de una brújula.
Conceitos científicos:
Campo magnético terrestre; Orientación; Norte magnético y geográfico; Magnetómetro; Componente horizontal del campo
Sensores:
'- Magnetómetro
Materiais necessários:
Smartphone con la aplicación FizziQ; Una brújula clásica para comparación (opcional); Un espacio sin perturbaciones magnéticas; Cuaderno de experiencias FizziQ
Procedimento experimental:
Nociones abordadas:
✔ Campo magnético terrestre: Comprender que posee una dirección y una intensidad que varían según la posición.
✔ Componentes horizontal y vertical del campo magnético: Diferenciar su papel y su influencia en la medición del norte magnético.
✔ Norte magnético vs. norte geográfico: Descubrir por qué no están exactamente en el mismo lugar.
✔ Utilisation d’un capteur numérique : Expérimenter comment un magnétomètre fonctionne et interpréter ses données.
Desarrollo de la manipulación:
Activer l’instrument de mesure
Abrir FizziQ y seleccionar el instrumento Magnetómetro.
Activar la medición del campo magnético Y (componente horizontal).
Observar las variaciones del campo magnético
Girar lentamente el smartphone observando la evolución del valor de Y.
Identificar el momento en que el valor de Y es máximo: esta orientación corresponde a la dirección del norte magnético.
Comparar con una brújula
Vérifier si l’orientation trouvée avec le magnétomètre correspond à celle d’une boussole.
Modificando ligeramente la inclinación del smartphone, observar si esto influye en la medición de Y.
Determinar el valor del campo magnético horizontal
Orientando el smartphone correctamente, anotar el valor del campo magnético horizontal.
Comparar este valor con los datos teóricos de la región.
Explicación de las nociones científicas importantes:
Campo magnético terrestre
El campo magnético terrestre es un campo vectorial que varía según el lugar donde uno se encuentre. Es producido por los movimientos del núcleo externo de la Tierra, que genera un efecto de dinamo.
Componentes del campo magnético
El campo magnético puede descomponerse en tres ejes:
X (este-oeste)
Y (norte-sur, horizontal)
Z (vertical, dirigido hacia el suelo o hacia el cielo según la latitud)
Dans cette expérience, on s’intéresse principalement à la composante Y, qui permet d’identifier la direction du nord magnétique.
Diferencia entre norte magnético y norte geográfico
El norte geográfico corresponde al eje de rotación de la Tierra.
El norte magnético es la dirección señalada por una brújula y depende de la posición del polo norte magnético, que se desplaza con el tiempo.
La diferencia entre estas dos direcciones se llama declinación magnética, que varía según el lugar de observación. La declinación magnética en Francia metropolitana está comprendida entre 1° Oeste y 4° Oeste, dependiendo de la región y del año.
Fonctionnement d’un magnétomètre
Un magnetómetro es un sensor que mide la intensidad del campo magnético local. Funciona gracias al efecto Hall o a sensores de resonancia magnética. Está integrado en los smartphones para la navegación y la orientación, y puede medir campos magnéticos con una precisión de aproximadamente 1 µT.
Resultados esperados:
Cuando el smartphone gira, el valor de la componente horizontal del campo magnético varía.
Una orientación particular corresponde a un máximo de la componente Y, lo que permite identificar la dirección del norte magnético.
La dirección encontrada con el smartphone es cercana a la indicada por una brújula clásica, con una ligera diferencia posible debida a la declinación magnética o a las perturbaciones locales.
La medición del campo magnético horizontal permite ilustrar que el campo terrestre es un vector con componentes que varían según la orientación.
Questões científicas:
'- ¿Cómo se puede utilizar un smartphone para encontrar el norte magnético?
- ¿Por qué la componente Y del campo magnético varía cuando se gira el teléfono?
- ¿Qué diferencia existe entre el norte magnético y el norte geográfico?
- ¿Cuáles son las fuentes de error que pueden perturbar una medición con magnetómetro?
Explicações científicas:
El campo magnético terrestre, generado por los movimientos del núcleo externo de la Tierra, actúa como un inmenso dipolo magnético, creando un campo de aproximadamente 25-65 µT en la superficie. Este campo está orientado aproximadamente del polo sur magnético al polo norte magnético, con una inclinación que varía con la latitud. En Francia, la componente horizontal del campo es de aproximadamente 20 µT y la componente vertical de aproximadamente 43 µT, lo que da un campo total de unos 47 µT con una inclinación de unos 64°. El magnetómetro del smartphone, basado generalmente en el efecto Hall, mide las tres componentes del campo magnético (Bx, By, Bz) en microteslas. Cuando el smartphone se gira horizontalmente, las componentes Bx y By varían sinusoidalmente. La dirección para la cual By es máxima indica el norte magnético. La declinación magnética, diferencia angular entre el norte geográfico y el norte magnético, es de aproximadamente 1° a 4° Oeste en Francia según la región. Este ángulo varía lentamente con el tiempo (la deriva secular) porque el polo norte magnético se desplaza. Los magnetómetros de los smartphones pueden verse perturbados por fuentes magnéticas cercanas (imanes, corrientes eléctricas, estructuras metálicas), lo que explica posibles discrepancias con una brújula clásica.
Atividades de extensão:
'- Comparar las mediciones obtenidas en diferentes lugares para observar la influencia de las perturbaciones magnéticas locales.
- Realizar el experimento cerca de objetos metálicos o de un imán para estudiar su efecto sobre la medición.
- Comparar la orientación dada por el magnetómetro con la de una aplicación GPS o un mapa.
Perguntas frequentes:
Q: ¿Qué es el campo magnético terrestre?
R: El campo magnético terrestre, generado por los movimientos del núcleo externo de la Tierra, actúa como un inmenso dipolo magnético, creando un campo de aproximadamente 25-65 µT en la superficie.
Q: ¿Cómo funciona el magnetómetro del smartphone en FizziQ?
R: El magnetómetro integrado mide el campo magnético según tres ejes en microteslas. FizziQ permite mostrar la intensidad total y cada componente, lo que es útil para detectar imanes, corrientes eléctricas o el campo magnético terrestre.
Q: ¿Esta actividad funciona en interiores?
R: Sí, pero las mediciones pueden verse perturbadas por objetos metálicos o dispositivos electrónicos cercanos. Se recomienda realizarla en un espacio abierto.