A Física Experimental Campo Magnético da Terra

Resumo. É entendido que uma bússola se orienta no campo magnético terrestre. Essa orientação pode ser alterada caso algum campo externo seja aplicado sobre ela. Nesse caso, a bússola procurará ficar orientada no campo magnético resultante da soma vetorial desses dois campos. Nesse quesito, pode-se medir a componente horizontal do campo magnético da Terra ao observar a mudança na orientação da bússola. Para tal, compreende-se que a relação da corrente com a tangente do ângulo gera o valor do campo magnético local, avaliado com seu respectivo erro.

Objetivos

É do inquérito do presente estudo determinar o valor da componente horizontal do campo magnético local, observando a relação direta dos componentes e incógnitas da experimentação, sendo a resistência, corrente e voltagem. Foi utilizado uma bobina para produção de um campo magnético adicional e uma deflexão no ponteiro da bússola magnética.

Introdução

A agulha de uma bússola possui uma orientação no mesmo sentido do campo magnético da Terra. Esse campo é gerado por uma soma do movimento de rotação e a convecção do núcleo fluido da Terra. As linhas de campo formadas podem ser comparadas às linhas de campo de um dipolo magnético. Sabemos que as linhas de campo de um dipolo são orientadas do polo norte para o polo sul magnético, assim, sabemos que, aquilo que se tem como polo norte da Terra está próximo ao sul magnético da Terra. O eixo geográfico norte-sul da Terra possui uma leve inclinação em relação ao seu eixo magnético. Dessa forma, a agulha da bússola se alinha com a componente horizontal do vetor campo magnético da Terra, ou seja, a componente que tangencia a superfície da Terra numa dada latitude e longitude. Representaremos essa componente como B ⃗, veja a análise na figura 1. (Terra-nova & Poletti, n.d.)

Figura 1: Linhas de campo magnético da Terra. Ao lado o direito do globo, está representado o vetor campo magnético próximo à superfície.

Para se obter total informação do campo em determinado local, deve-se medir sua componente horizontal e vertical e então determinar vetorialmente o campo resultante. O módulo deste campo magnético pode variar entre 20μT a 60 μT (10^(-6) T). Devido às condições geológicas específicas de determinadas regiões podem ocorrer anomalias com o valor do campo magnético esperado para aquele local. (Terra-nova & Poletti, n.d.)

Uma maneira precisa e simples de se medir a componente horizontal do campo do planeta Terra é utilizando uma bússola e um campo magnético conhecido. Neste caso, o campo conhecido será aquele que é gerado no centro de uma bobina de Helmholtz, a qual é percorrida por uma corrente I, como mostra a figura 2. (Filho, 2009)

Figura 2: Bobinas de Helmholtz.

Com respeito a figura 2, sabemos que a corrente I passa pelas bobinas e cria um campo magnético no ponto “P”, paralelo ao eixo das bobinas para a direita e de intensidade dada pela fórmula a seguir: (Robert, 2003)

B = (μ_0 NR^2)×i/〖(R2+a2)〗^(3/2) (Fórmula 1)

Onde μ_0= 1.26×10^(-6) Tm/A é a permeabilidade magnética do vácuo (ar). (Robert, 2003)

Nos casos em que sabemos o valo do campo produzido pelas bobinas e o ângulo "θ" entre o campo da Terra e o campo resultante, podemos encontrar o campo da Terra através da seguinte formula:

tgθ =B/B_H (Fórmula 2)

A expressão para o cálculo do campo magnético produzido no centro das bobinas pode

ser escrita como:

B = C×I (Fórmula 3)

Todavia sabemos que C=(μ_0 NR^2)/〖(R2+a2)〗^(3/2)

Substituindo “C” na fórmula 3, temos:

I = (BH/C)× tg θ (Fórmula 4)

Procedimento experimental

Para confecção deste experimento foram necessários os seguintes equipamentos: uma bússola; uma bobina dupla (Helmholtz); um amperímetro (até 200mA); um resistor de proteção 100 Ω (10W); um suporte para bússola; quatro fios;