Escuela Náutica ALAVELA: Curso Capitán de Yate / Magnetismo terrestre

MAGNETISMO TERRESTRE

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1.1

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE. GENERALIDADES

Es sabido que la Tierra se comporta como un imán, con dos polos magnéticos situados a distancias desiguales de los correspondientes polos geográficos. Los polos magnéticos se localizan en dos zonas con centros, uno en aproximadamente una latitud de 74º N y longitud de 101º W y el otro en latitud de unos 68º S y longitud de 144º E. Aunque dichos polos magnéticos son conocidos por la denominación del polo geográfico próximo, la polaridad de los mismos es contraria a la que se les asigna a los polos N y S de un imán. Es decir, el polo norte magnético corresponderá a la polaridad S, y por tanto azul, del imán imaginario terrestre, y el polo sur magnético corresponderá a la polaridad N, y por tanto roja, del citado imán imaginario1. Esto se evidencia por la orientación en el campo magnético terrestre de una aguja imantada, la cual orientará hacia el norte magnético su polaridad roja (N)2. Este imán terrestre imaginario da lugar a la existencia de un campo magnético3 con líneas de fuerza que fluyen de Sur a Norte.

Fig. 1 El imán terrestre: Se observan las líneas de fuerza saliendo del polo sur magnético y llegando al polo norte magnético. También se dibuja, como línea curva de color verde el Ecuador magnético, que no coincide con el geográfico

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El polo N de un imán. tiene polaridad roja y el polo S polaridad azul Propiedad de los imanes: Polaridades contrarias se atraen y polaridades iguales se repelen. 3 Campo magnético es la porción del espacio en el que un imán ejerce su influencia. 2

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Debido a ese campo magnético terrestre, un imán inmerso en el mismo y con posibilidad de girar e inclinarse, se orientará dentro de él, y por tanto en cada punto de la Tierra, de acuerdo con la dirección4 de la línea de fuerza5 que le afecta, quedando con su extremo rojo apuntando hacia el polo norte magnético y con su extremo azul apuntando el polo sur magnético. En los polos magnéticos dicho imán quedaría suspendido en posición vertical, con su polo rojo apuntando hacia abajo en el norte magnético y apuntando hacia arriba en el sur magnético. Los valores del campo magnético terrestre, y, como consecuencia, la posición de los polos magnéticos, varían lentamente con el tiempo siguiendo pautas más o menos regulares. Existen, también, otras variaciones menores, no regulares, que no afectan a efectos de las cuestiones que se plantean en navegación. Por otra parte, ciertos fenómenos solares, y espaciales, como son las tormentas magnéticas, modifican temporalmente el campo magnético terrestre, siendo sus efectos tanto mayores cuanto mayor es la latitud. 1.2

COMPONENTES DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Las componentes del campo magnético terrestre, y que definen en cualquier punto de la Tierra, una línea de fuerza del mismo, son: • • •

Intensidad (F) Inclinación (θ) Declinación (dm)

Para comprender cada componente se descompone la intensidad (F) dentro del plano que contiene a la línea de fuerza en dos direcciones, una horizontal (H) y otra vertical (Z). La fuerza horizontal (H) es la más importante ya que es la que orienta la aguja en el meridiano magnético. El ángulo que forma (H) con el meridiano geográfico en ese lugar se denomina declinación magnética (dm). El ángulo que forma (F) con la horizontal se denomina inclinación. Las relaciones entre los distintos componentes se deducen de la figura a continuación y son:

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Dirección del campo magnético, para un punto determinado, es aquella en la que se ve solicitada a moverse la unidad de masa magnética. En la Tierra esta dirección queda precisada por su orientación e inclinación. La unidad de masa magnética, en el sistema cegesimal (c.g.s) es la que corresponde a un polo que colocado en el aire a 1 cm., de distancia de otro polo idéntico, lo repele con la fuerza de 1 dina. 5 Línea de fuerza de un campo magnético es la curva cuya tangente, en un punto determinado, corresponde a la dirección del campo magnético en dicho punto.

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F=

H2 + Z2

H = F • cosθ Z = F • senθ = H • tgθ

Fig. 2 Componentes del campo magnético terrestre

La línea que une puntos de inclinación cero y máxima intensidad horizontal se le denomina línea aclina y define el ecuador magnético. Los meridianos magnéticos quedan definidos en cada punto de la Tierra por la dirección de las líneas de fuerza que unen los polos magnéticos. Los paralelos magnéticos serán resultado de unir puntos de igual intensidad horizontal o de igual inclinación. Los valores mínimos de (F) se encuentran en el Ecuador mágnetico o en sus proximidades. Los valores máximos de (H) están en el ecuador magnético, siendo 0 en los polos magnéticos. Por esta razón, las agujas magnéticas, que se orientan en función de la fuerza (H) disminuyen su capacidad de orientación en latitudes altas, siendo inútil dicho instrumento en las proximidades de los polos magnéticos. Los valores máximos de (Z) se dan en los polos magnéticos, siendo nulos en el ecuador magnético. La figura a continuación muestra las distintas variaciones mencionadas.

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Fig. 3 Valores de las componentes del campo magnético terrestre en función de la latitud

1.3

DECLINACION MAGNETICA

Se denomina declinación magnética (dm) al ángulo que en cada punto de la Tierra forma el meridiano magnético con el meridiano geográfico. La declinación magnética varía con el lugar y dentro de cada lugar varía con el tiempo de acuerdo a lo que se denomina variación.

Fig. 4 Declinación magnética - Signos

La declinación magnética será positiva cuando el meridiano magnético queda a la derecha, o lo que es lo mismo al NE, del meridiano geográfico, y será negativa

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cuando el meridiano magnético queda a la izquierda, o lo que es lo mismo al NW, del meridiano geográfico. El valor de la declinación magnética se da en las cartas náuticas, para el año en que se indique en la misma. A efectos náuticos, las únicas variaciones que se tendrán en cuenta son las denominadas seculares, las cuales son constantes en valor y sentido por largos períodos de tiempo, despreciándose, por su escasa importancia, las anuas, que tienen ciclo anual, y las diurnas, que tienen un ciclo diario. Al valor de la variación secular durante un año se le denomina decremento o incremento anuo, según que disminuya o aumente, respectivamente, el valor absoluto de la declinación magnética. El valor de esta variación secular durante un año también viene expresado en la carta náutica al lado de la declinación magnética. Debido a esto, será necesario corregir la declinación magnética dada en la carta náutica para un año determinado, por el valor del incremento o decremento producido en el total de años transcurridos hasta el momento actual. En este sentido, dicho incremento o decremento se calculará multiplicando el valor de la variación secular durante un año por el número de años transcurridos. Obtenido el valor total del incremento o decremento se sumará, si es incremento, o se restará si es decremento, al valor absoluto de la declinación magnética y al resultado se le pondrá el signo que tenía dicha declinación magnética sin corregir. Si se da el caso que la corrección es mayor que el valor de la declinación magnética inicial entonces la declinación magnética resultante habrá cambiado de signo. 1.4

INCLINACION MAGNETICA

Se denomina inclinación magnética (θ) al ángulo que forma la dirección del campo magnético terrestre con la horizontal. Su valor es 0 en el ecuador magnético y 90º en los polos magnéticos. En el hemisferio sur magnético estará dirigida hacia arriba, y será negativa, mientras que en el hemisferio norte magnético estará dirigida hacia abajo, y será positiva. 1.5

CARTAS MAGNETICAS

Con la denominación genérica de cartas isomagnéticas se conocen una serie de cartas que reflejan los valores de las componentes del campo magnético terrestre. En ellas se materializan dichas componentes mediante curvas que

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unen puntos de igual valor para la componente que muestran. Dentro de las cartas isomagnéticas se tienen: • • • • •

Cartas isógonas: Representan curvas que unen puntos de igual valor de la declinación magnética. Cartas isoclinas: Representan curvas que unen puntos de igual valor de la inclinación. Cartas isodinámicas totales: Representan curvas que unen puntos de igual valor de F. Cartas isodinámicas horizontales: Representan curvas que unen puntos de igual valor de H. Cartas isodinámicas verticales: Representan curvas que unen puntos de igual valor de Z.

Del estudio de la distribución del magnetismo terrestre reflejado en las cartas que lo representan se pueden sacar conclusiones en cuanto a su distribución. En este sentido, el ecuador magnético es una curva irregular que une puntos de inclinación magnética nula. No coincide con el ecuador geográfico, cortándo a éste en dos puntos, estando la máxima latitud norte de este ecuador magnético a unos 10º sobre el centro de África y a unos 14º en América del Sur. La fuerza (F), en general, es menor en las proximidades del ecuador magnético aumentando a medida que nos separamos del mismo y alcanzando el máximo valor en las proximidades de los polos magnéticos. Estas zonas donde la fuerza (F) es máxima reciben el nombre de focos magnéticos y no coinciden con los polos magnéticos aunque están cerca de ellos. Los polos magnéticos son zonas de unas 45 a 50 millas de diámetro. La componente vertical del campo magnético (Z) aumenta con la latitud magnética alcanzando máximos valores en los focos magnéticos. En la mayor parte de la superficie de la Tierra y, especialmente sobre las zonas oceánicas más profundas, las líneas isoclinas e isógonas tienen formas regulares. En aguas menos profundas, aguas costeras y sobre la superficie terrestre se pueden encontrar irregularidades locales que afectan principalmente a la declinación magnética. La causa de estas irregularidades podría ser la existencia de yacimientos minerales magnéticos que crean campos locales que modifican el campo terrestre.

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1.6

DESVIO DE LA AGUJA MAGNETICA. CAUSAS QUE LO PRODUCEN

Es conocido que el desvío es el ángulo formado entre el norte de aguja, que indica dicho instrumento a bordo, y la dirección del meridiano magnético o norte magnético. Se representa con el símbolo ∆ y será positivo cuando el norte de aguja quede a la derecha, o al NE, del norte magnético y negativo cuando el norte de aguja quede a la izquierda, o al NW, del norte magnético. El desvío varía con el rumbo y con la posición geográfica, siendo su valor la resultante de todas las fuerzas magnéticas que actúan sobre la aguja a bordo. Entre las diversas causas que producen el desvío de la aguja a bordo vamos a destacar las siguientes: •

•

Cuando el barco es de casco metálico, durante el proceso de su construcción, que permanece a un rumbo constante en la grada del astillero, va adquiriendo un magnetismo más o menos permanente, convirtiéndose en un imán gigante que generará un campo magnético propio. Ese magnetismo permanente es adquirido por los hierros denominados duros, los cuales cuando adquieren el magnetismo lo conservan durante largos períodos. De esta forma, la aguja a bordo no solo estará sometida a la acción del campo magnético terrestre sino también al campo propio generado por el buque. Otros elementos del buque, tales como motores, pescantes, grúas, instalaciones eléctricas y radioeléctricas, perturban también la aguja, ya que modifican el campo magnético en sus proximidades. Cuando el buque va cambiando de posición geográfica se modifican las componentes que definen el campo magnético terrestre por lo que también se modificará el desvío. En general, los hierros dulces del buque adquieren un magnetismo inducido por el campo magnético terrestre, en cada posición, cambiando dicho magnetismo inducido al cambiar la posición del buque, bien se por cambio de rumbo o por modificación de la situación geográfica.

El desvío, por tanto, dependerá de la acción conjunta de los efectos anteriores, cuya resultante dará lugar a la orientación final de la aguja. 1.7

CAMPOS MAGNETICOS QUE ACTUAN SOBRE LA AGUJA A BORDO

De acuerdo a lo visto en el epígrafe anterior, se puede decir que los campos magnéticos que actúan sobre la aguja a bordo de un buque son: • •

Campo magnético terrestre: Debido al imán terrestre. Campo magnético permanente: Debido al campo magnético que adquieren los hierros duros del buque.

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•

Campo magnético inducido o accidental: Debido al campo magnético inducido a los hierros dulces.

Campo magnético Terrestre

Debido a: La Tierra.

Permanente

Los hierros duros que se imantan con el campo magnético terrestre.

Inducido

Los hierros dulces imantados por el campo magnético terrestre. Los hierros de características intermedias.

Semipermanente

Orientación hacia: El Nm. Independiente del rumbo. Constante dentro del barco a cualquier rumbo. Variable respecto al horizonte. Depende del rumbo de grada. Variable con relación al barco y al horizonte. Depende del rumbo.

Intensidad

Características

Depende de la posición geográfica. Depende del valor del campo magnético terrestre y del tiempo que el buque haya estado inmerso en él a rumbo fijo. Depende del campo magnético terrestre y del rumbo.

Varía lentamente (variación secular). Se adquiere y se pierde lentamente.

Se adquiere y se pierde rápidamente.

Englobado anteriores

en

los

El campo magnético terrestre ya ha sido estudiado, siendo un magnetismo cuya intensidad y dirección varían con la posición geográfica y cuya componente horizontal (H) es la que orienta la aguja según el meridiano magnético.

Fig. 5 Orientación de la aguja en el campo magnético

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Ahora bien, a cada rumbo de aguja, la acción combinada del magnetismo terrestre y del permanente e inducido del buque, darán lugar a una resultante (F´) que también presenta una cierta inclinación respecto a la horizontal y por tanto se podrá descomponer en éste sentido (H´) y en el vertical (Z´). La fuerza (H´) determinará la orientación de la aguja a bordo del buque (Na), siendo la separación entre éste y el (Nm) el desvío (∆). En principio no se tendrá en cuenta la componente vertical (Z´) debido a que la aguja estará construida para girar solo en el plano horizontal. El efecto de (Z´) se hace notar exclusivamente cuando el buque escora.

Fig. 6 Orientación de la aguja en el campo magnético a bordo del buque

Si los buques estuviesen construidos con materiales antimagnéticos es evidente que no habría desvío y la aguja a bordo indicaría el norte magnético. Sin embargo esto no es posible por lo que convendrá estudiar, al menos superficialmente, los efectos del magnetismo permanente e inducido sobre la aguja. Los puntos a continuación ayudarán a entender los desarrollos posteriores sobre este tema: • •

6

Los hierros del buque se considerarán agrupados según su clase y disposición, dando lugar a grandes imanes desde el punto de vista teórico. Si los dos polos de alguno de estos imanes teóricos no están a la misma distancia de la aguja, se considerará que la acción del más alejado sobre la misma es despreciable.6

El efecto de un imán es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

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• •

El efecto de cualquiera de los polos de un imán produce acciones iguales, paralelas y de sentido contrario sobre los dos polos de la aguja. Es decir, se producirá un efecto de giro sobre la aguja. El efecto desviador del polo de un imán sobre la aguja será máximo cuando actúa perpendicularmente a la misma y nulo cuando lo hace en la misma dirección.

Con relación al magnetismo permanente se debe decir que los cascos metálicos de los buques son, en la mayoría de los casos, de acero y por tanto ricos en carbono. Estos cascos de hierro duro (acero) cuando permanecen durante largo tiempo orientados en la misma dirección con respecto al campo magnético terrestre, como por ejemplo cuando se están construyendo o cuando se reparan en astillero, adquieren un magnetismo denominado permanente que produce su propio campo magnético. Las vibraciones, martilleos y demás operaciones propias de la construcción o reparación favorecen este magnetismo. Cuando el buque sale de la grada es ya un imán permanente con una polaridad que dependerá del rumbo de la grada, es decir de la dirección con la que haya permanecido el buque en el astillero con respecto al campo magnético terrestre. Parte de este magnetismo se va perdiendo una vez que el buque empieza a navegar aunque siempre quedará un remanente que se denomina magnetismo permanente. La polaridad azul, o sur, de ese imán permanente aparecerá en la zona por donde entran las líneas de fuerza y la polaridad roja, o norte, por donde salen. Por ejemplo, si durante la construcción o reparación, la proa estaba orientada al norte, los polos azules estarán en la popa del buque y los rojos en la proa. Si el barco fue construido o reparado en gradas con rumbos del primer cuadrante, los polos azules estarán en la aleta de estribor y parte del costado estribor y los rojos en la amura de babor y parte del costado de babor. Con respecto a la vertical del buque, si éste ha sido construido o reparado en el hemisferio norte, los polos rojos estarían en la zona de la quilla y los azules en la zona de la superestructura, mientras que si fue construido o reparado en el hemisferio sur, sería al revés. Así se irían distribuyendo las polaridades en función del rumbo de grada, de acuerdo a como se ve en la figura a continuación.

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Fig. 7 Magnetismo Permanente – Polaridad en sentido longitudinal

A continuación se irán estudiando las distintas componentes del magnetismo permanente longitudinal. •

Componente longitudinal: Se designa con la letra (P), y se le asignan los siguientes signos convencionales: o P será + si hace que la aguja se desvíe a proa. o P será – si hace que la aguja se desvíe a popa.

Fig. 8 Signos del magnetismo longitudinal permanente

Se va a estudiar el efecto de (-P) sobre una aguja y sabiendo que (+P) provocará efectos contrarios.

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090

000

270

180

Fig. 9 Efectos de una componente (-P) sobre la aguja y curva de desvíos que produce

De la figura anterior se puede deducir: o No hay desvíos al Na y al Sa debido a que la misma está alineada con los Polos. o Los máximos desvíos se producen al Ea y al Wa, cuando la misma está perpendicular a los Polos. o A los restantes rumbos los desvíos son proporcionales al seno del rumbo de aguja. Los desvíos anteriores son del tipo semicircular, siendo así porque cada 180º toman valores iguales pero de signo contrario. •

Componente transversal: Se designa con la letra (Q) y se le asignan los siguientes signos convencionales: o Q será + si hace que la aguja se desvíe a estribor. o Q será – si hace que la aguja se desvíe a babor.

Fig. 10 Signos del magnetismo transversal permanente

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Se va a estudiar el efecto de (+Q) sobre una aguja y sabiendo que (-Q) provocará efectos contrarios.

270

090 000

180

Fig. 11 Efectos de una componente (-P) sobre la aguja y curva de desvíos que produce

De la figura anterior se puede deducir: o No hay desvíos al Ea y al Wa debido a que la misma está alineada con los Polos. o Los máximos desvíos se producen al Na y al Sa, cuando la misma está perpendicular a los Polos. o A los restantes rumbos los desvíos son proporcionales al coseno del rumbo de aguja. Los desvíos anteriores son, también, del tipo semicircular, siendo así porque cada 180º toman valores iguales pero de signo contrario. Para anular los efectos de las componentes longitudinal (P) y transversal (Q), las cuales mantienen sus posiciones y valores fijos durante largos períodos de tiempo, se colocan en la bitácora imanes longitudinales y transversales de forma que actúen en sentido contrario y con la misma intensidad que los permanentes del buque. Por tanto, los imanes longitudinales y transversales colocados en la bitácora lo que hacen es generar, en las proximidades de la aguja, un campo magnético de igual intensidad, pero opuesto, al que generan los imanes del buque causados por el magnetismo permanente, compensando así el desvío producido sobre el compás por este último magnetismo.

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Fig. 12 Anulación del magnetismo longitudinal permanente

Fig. 13 Anulación del magnetismo transversal permanente

•

Componente vertical: Se designa con la letra (R). Esta componente solo actúa en los balances y cabezadas, tratándose sus efectos cuando se compensa el llamado desvío de escora. Se le asignan los siguientes signos convencionales: o R será + si hace que la aguja se desvíe hacia abajo. o R será – si hace que la aguja se desvíe hacia arribar.

Fig. 14 Magnetismo vertical permanente

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Con respecto al magnetismo inducido vertical decir que la polaridad adquirida por los hierros dulces verticales depende de la posición geográfica. Se podrán considerar todas las inducciones verticales existentes en el buque, concentradas en un imán teórico cuya acción sobre la aguja sea la resultante de todas ellas. Dependiendo de la latitud las polaridades serán de uno u otro signo.

ECUADOR HEMISFERIO SUR

HEMISFERIO NORTE

Fig. 15 Magnetismo inducido vertical - Polaridad

El desvío producido por este tipo de magnetismo inducido es de características similares al derivado del magnetismo longitudinal permanente.

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