MTODOS ELCTRICOSCIENCIAS DE LA TIERRAGCM 10202-2-4

ALUMNOS:CARRILLO GONZALEZ LARISSA MICHELFONSECA GODOY MARIA FERNANDAGOMEZ GALLEGOS YESSICAMAYA HERBERT HECTOR IVANNAJERA LOREDO KARLA IVONNEVEGA GOMEZ SANDRA MICHEL4523 B 15-16 L-M-M-J U11ING. MIGUEL MARTINEZ FLORESAGO-DIC 2015

CD. MADERO, TAMPS A 10 de Diciembre Del 2015TEMA 4.1 ELECTRICIDAD TERRESTRELa Tierra se comporta como un enorme imn. El fsico y filsofo natural ingls William Gilbert fue el primero que seal esta similitud en 1600, aunque los efectos del magnetismo terrestre se haban utilizado mucho antes en las brjulas primitivas.El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinmica, ya que su ncleo de hierro de la Tierra no es slido.Por otra parte, en la superficie terrestre y en la atmsfera se generan diversas corrientes elctricas producidas por diversas causas, adems de un intercambio constante de electricidad entre el aire y la Tierra.La Tierra posee un poderoso campo magntico, como si el planeta tuviera un enorme imn en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geogrfico y viceversa. Aunque los polos magnticos terrestres reciben el nombre de polo norte magntico (prximo al polo norte geogrfico) y polo sur magntico (prximo al polo sur geogrfico), su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres. Las posiciones de los polos magnticos no son constantes y muestran notables cambios de ao en ao. Cada 960 aos, las variaciones en el campo magntico de la Tierra incluyen el cambio en la direccin del campo provocado por el desplazamiento de los polos. El campo magntico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razn de 19 a 24 km por ao.CAMPO MAGTICO TERRESTRE

El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinmica, ya que su ncleo de hierro de la Tierra no es slido.Electricidad, ahora s se puede definir la misma como una propiedad de carcter fsico que se evidencia por medio de la atraccin o el rechazo que se causan entre s los diversos componentes que constituyen la materia.La capacidad de producir electricidad no solamente la tiene el hombre, ya que la naturaleza la genera cuando ocurre una tormenta, en cuyo caso se manifiesta una importante transferencia de energa entre un rea de la atmsfera y la superficie terrestre, fenmeno que se hace evidente en forma de rayo.TERRESTRE Se utiliza el trmino terrestre para calificar a todo objeto, elemento, situacin o fenmeno que tenga que ver con el planeta Tierra.Electricidad TerrestreElectricidad terrestre Se conocen tres sistemas elctricos generados por procesos naturales. Uno est en la atmsfera. Otro est dentro de la Tierra, fluyendo paralelo a la superficie, y el tercero, que traslada carga elctrica entre la atmsfera y la Tierra, fluye en vertical.

Laelectricidadatmosfrica, excepto aquella que se asocia con cargas dentro de una nube y ocasiona el relmpago, es el resultado de la ionizacin de la atmsfera por la radiacin solar y a partir del movimiento de nubes de iones conducidas por mareas atmosfricas. Las mareas atmosfricas se producen por la atraccin gravitacional del Sol y la Luna sobre la atmsfera de la Tierra (vaseGravitacin) y, al igual que las mareas ocenicas, suben y bajan a diario. La ionizacin y, por consiguiente, la conductividad elctrica de la atmsfera cercana a la superficie de la Tierra es baja, pero crece con rapidez al aumentar la altura. Entre los 40 y los 400km por encima de la Tierra, la ionosfera constituye una capa esfrica casi perfectamente conductora. La capa refleja las seales de radio de ciertas longitudes de onda, ya se originen en la Tierra o lleguen a la Tierra desde el espacio. La ionizacin de la atmsfera vara mucho, no slo con la altura sino tambin con la hora del da y la latitud. La ionosfera constituye una capa esfrica casi perfectamente conductora.

Corrientes de la TierraLas corrientes de la Tierra constituyen un sistema mundial de ocho circuitos cerrados de corriente elctrica distribuidos de una forma bastante uniforme a ambos lados del ecuador, adems de una serie de circuitos ms pequeos cerca de los polos. La superficie de la Tierra tiene carga elctrica negativa. La carga negativa se consumira con rapidez si no se repusiera de alguna forma.

Carga en la superficie terrestreLasuperficiedelaTierra tiene carga elctrica negativa. Aunque la conductividad del aire cerca de la Tierra es pequea, el aire no es un aislante perfecto y la carga negativa se consumira con rapidez si no se repusiera de alguna forma.Cuandosehanrealizado mediciones con buen tiempo, se ha observado que un flujo de electricidad positiva se mueve hacia abajo desde la atmsfera hacia la Tierra. La causa es la carga negativa de la Tierra, que atrae iones positivos de la atmsfera. Aunque se ha sugerido que este flujo descendente puede ser contrarrestado por flujos positivos ascendentes en las regiones polares, la hiptesis preferida hoy es que la carga negativa se traslada a la Tierra durante las tormentas y que el flujo descendente de corriente positiva durante el buen tiempo se contrarresta con un flujo de regreso de la corriente positiva desde zonas de la Tierra que experimentan tiempo tormentoso. Se ha comprobado que la carga negativa se traslada a la Tierra desde nubes de tormenta y la relacin en la que las tormentas desarrollan energa elctrica es suficiente para reponer la carga de la superficie. Adems, la frecuencia de tormentas parece ser mayor durante el da, cuando la carga negativa aumenta con mayor rapidez.

Magnetismo TerrestreLaTierraposee un poderoso campo magntico, como si el planeta tuviera un enorme imn en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polonorte geogrfico y viceversa. Aunque los polos magnticos terrestres reciben el nombre de polo nortemagntico (prximoal polo norte geogrfico) y polo sur magntico (prximo al polo sur geogrfico), su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres. Las posiciones de los polos magnticos no son constantes y muestran notables cambios de ao en ao. Cada 960 aos, las variaciones en el campo magntico de la Tierra incluyen el cambio en la direccin del campo provocado por el desplazamiento de los polos. El campo magntico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razn de 19 a 24 km por ao.Los campos magnticos rodean a las corrientes elctricas, de modo que se supone que esas corrientes elctricas circulantes, en el ncleo fundido de la Tierra, son el origen del campo magntico. Unbucle de corriente genera un campo similar al de la Tierra. La magnitud del campo magntico medido en la superficie de la Tierra es alrededor de medio Gauss. Las lneas de fuerza entran en la Tierra por el hemisferio norte. La magnitud sobre la superficie de la Tierra vara en el rango de 0,3 a 0,6 Gauss.

El campo magntico de la Tierra se atribuye a unefecto dinamode circulacin de corriente elctrica, pero su direccin no es constante. Muestras de rocas de diferentes edades en lugares similares tienen diferentes direcciones de magnetizacin permanente. Se han informado de evidencias de 171 reversiones del campo magntico, durante los ltimos 71 millones aos.Aunque los detalles del efecto dinamo no se conocen, la rotacin de la Tierra desempea un papel en la generacin de las corrientes que se suponen que son la fuente del campo magntico. La interaccin del campo magntico terrestre con las partculas delviento solarcrea las condiciones para los fenmenos deaurorascerca de los polos.

El Efecto DinamoLa simple pregunta "cmo obtiene la Tierra su campo magntico?"no tiene una respuesta simple. Parece claro que la generacin del campo magntico est relacionada con la rotacin de la Tierra, ya que Venus con una similar composicin de ncleo de hierro, pero con un perodo de rotacin de 243 das terrestres, no tiene un campo magntico que pueda medirse. Ciertamente, parece plausible que depende de la rotacin del hierro metlico lquido que compone una gran parte del interior de ambos planetas. El modelo del conductor giratorio nos lleva al "efecto dinamo" o "geodinamo", evocando la imagen de ungenerador elctrico.

Laconveccinmueve el fluido del ncleo exterior y lo hace circular con relacin a la Tierra. Esto significa que un material conductor de electricidad se esta moviendo con respecto alcampo magntico de la Tierra. Si por alguna interaccin como por ejemplo la friccin entre placas, se obtiene una carga elctrica, entonces se produce un bucle de corriente efectiva. El campo magntico de unbucle de corriente, podra sostener el campo magntico de la Tierra, de tipo de dipolo magntico. Las modelaciones a gran escala en ordenadores, estn consiguiendo una simulacin realista de tal tipo de geodinamo.

Corrientes telricasAlrededor de nuestro planeta existes unas corrientes magnticas que recorren la tierra de norte a sur. Estas corrientes magnticas son causadas por el ncleo fundido de hierro (y otros elementos) que circulan en el interior de la tierra y que son las causantes de la llamada deriva continental.

Qu es la corriente telrica hay que saber primero que nuestro planeta tiene un campo magntico que se extiende desde el ncleo hasta el espacio exterior, donde se va atenuando.Las corrientes telricas son unas corrientes elctricas que se mueve bajo tierra o a travs del ocano. Tienen una muy baja frecuencia, y corren muy cerca de la superficie terrestre.Relacionadas con la actividad de las tormentas elctricas, ya que la acumulacin de cargas elctricas en la superficie terrestre convierte a una lluvia en una tormenta elctrica.

Este campo tiene efectos electromagnticos que son los que crean la magnetosfera, una especie de capa protectora magntica que nos protege del viento solar, un flujo de partculas de alta energa que nos enva nuestra estrella, el Sol. Tambin se puede capturar algo de esa corriente elctrica que transmiten, que aunque es mnima, permite la creacin de bateras terrestres o el aprovechamiento de la electricidad terrestre. En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los telgrafos.El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo. Que es el punto desde el cual surgen y al cual convergen todas estas corrientes telricas. Cuenta la leyenda que si alguien pudiese encontrar ese centro, podra dominar la Tierra y cambiar su forma a placer, ya que se tendra control completo sobre el clima y sobre la tectnica de placas.Estn relacionadas con los llamados puntos telricos, los cuales, segn ideas esotricas, son puntos de unin que hasta podran permitir que se viaje entre ellos de forma instantnea. Son los puntos donde se unen las corrientes telricas.

Teora elctrica de una tormentaLas tormentas son extremadamente complejas y no existe un modelo generalmente aceptado que pueda ser utilizado para calcular la corriente liberada por ellas en el circuito elctrico global. Un modelo muy difundido supone una distribucin bipolar en la nube, con un ncleo de cargas positivas en la cima y otro de negativas en la base. Este modelo es el ms simple pero a la vez el ms utilizado a la hora de explicar el circuito elctrico global. La gran mayora de las nubes que se forman en la atmsfera se disipan sin producir ni precipitacin ni rayos. Los iones que se mueven rpidamente dentro de la nube son atrapados por partculas nubosas ms grandes de forma que decrece la conductividad elctrica de la nube con respecto al aire claro que le rodea de forma que la corriente de buen tiempo queda alterada en las cercanas de la nube. A medida que la actividad convectiva en la nube aumenta, la electrificacin aumenta. La fuerte electrificacin generalmente comienza con el desarrollo rpido, tanto horizontal como vertical, de un cmulo de buen tiempo a un cmulo nimbo. Entre la superficie de la tierra y la nube se producira un ascenso de cargas positivas o un descenso de negativas. Por encima de la nube las tormentas aportaran cargas positivas que fluyen hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccin. El rpido incremento de la conductividad elctrica con la altura confina la corriente en una columna vertical que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera. Parte de estas corrientes ascendentes circulan influidas por el campo magntico terrestre. El campo magntico terrestre y la ionosfera redistribuyen la carga horizontalmente por todo el globo. Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo como Corriente de buen tiempo.

Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucin de carga en la nube que se aplica en el circuito elctrico global es el dipolar, es interesante mostrar con un poco ms de detalle las corrientes ms importantes que rodean a una nube convectiva, as como la distribucin de carga dentro de ella. Corrientes de conveccin: formadas por el transporte de partculas cargadas desde el suelo a la base de la nube.

Corrientes de precipitacin: producidas por el transporte de cargas hacia el suelo positivas o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la precipitacin.

Corrientes puntuales o de corona: cargas positivas que liberan los rboles, vegetacin y otros puntos sobre la tierra y que son atradas por el ncleo principal de carga negativa de la nube.

Rayos: descargas elctricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra.El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad esttica, producida durante una tormenta elctrica; generando un "pulso electromagntico". La descarga elctrica precipitada del rayo es acompaada por la emisin de luz (el relmpago), causada por el paso de corriente elctrica que ioniza las molculas de aire, y por el sonido del trueno, desarrollado por la onda de choque. La electricidad (corriente elctrica) que pasa a travs de la atmsfera calienta y expande rpidamente el aire, produciendo el ruido caracterstico del trueno. Los rayos se encuentran en estado plasmtico.Elevacin: para que las nubes se formen, el aire hmedo debe subir, enfriarse y condensarse. La elevacin es el mecanismo que hace que el aire suba, y existen muchas maneras para que esto suceda. Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire sobre sta, ese aire se eleva y un aire ms fro ocupa su lugar. Cuando una masa de aire clido se incorpora a una masa de aire fro, el aire clido ms liviano se eleva y se coloca por encima del aire fro. Un frente fro ascendente hace lo contrario: se desliza por debajo de la masa de aire clido y lo obliga a elevarse.Las nubes cumulonimbos crecen hacia arriba y desarrollan cumbres altsimas que parecen yunques. En general, las tormentas elctricas provienen de esas nubes.

A medida que el aire clido asciende, se va enfriando y entonces desciende: ste es un proceso llamado conveccin. Las corrientes de conveccin dispersan la energa termal (calor), en este caso el aire calentado. El trmino tcnico para una tormenta elctrica compleja es sistema convectivo de mesoescala.Humedad: ste es un ingrediente esencial en todos los sistemas climticos. El aire ascendente no formar nubes si es seco. Las nubes cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia, de tormenta o tormentosas) estn cargadas de humedad en forma de vapor de agua. Se forman a medida que el aire clido se eleva y luego se enfra hasta llegar al punto de condensacin. El punto de condensacin es la temperatura a la cual una nube se satura (no puede retener ms humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia. Las tormentas elctricas son ms comunes en climas clidos porque el punto de condensacin es alto; las nubes pueden cargar ms humedad antes de llegar al punto de saturacin y liberar el torrente de lluvia.Aire inestable: el aire hmedo y ascendente no siempre genera tormentas elctricas. El aire debe ser inestable. Si el aire es estable, el aire ascendente se enfra ms que el aire a su alrededor y vuelve a descender, y se evita as la tormenta elctrica. Las masas de aire inestable ascienden y se enfran pero se mantienen ms calientes que el aire a su alrededor y, por lo tanto, continan elevndose. El mecanismo de trasfondo es el calor liberado por la condensacin en una nube. Debido a esto, la masa de aire ascendente se mantiene ms clida que el aire a su alrededor y contina elevndose. El aire que asciende forma una corriente ascendente, mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente.No debe haber topes a aproximadamente 3.000 m (10.000 pies): un tope es la parte superior de una nube de conveccin, en donde el aire se estabiliza. Si no hay topes a alrededor de 3.000 m, el aire inestable contina elevndose y esto permite que se desarrollen tormentas elctricas. En este escenario de una masa de aire clido ascendente, las tormentas elctricas se forman en la masa de aire fro, inestable y hmedo que hay debajo de sta. Con un frente fro ascendente, las tormentas elctricas se forman a lo largo de la lnea frontal y justo en frente de sta.Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta. Una corriente ascendente hace que se desarrollen nubes altsimas. Cuando comienza a caer lluvia, la corriente descendente desarrolla y forma rfagas de viento cerca de la tierra. Finalmente, la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina. La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta.Formacin de las tormentas elctricasLos rayos son descargas elctricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o con la propia nube, ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso ms comn.Todos los tipos de tormentas elctricas (rayos y relmpagos) provienen principalmente de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque. Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente, en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energa sube rpidamente. Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes, uno clidoy uno fro, haciendo que el fro, por su mayor densidad y peso, pase por abajo del clido y lo obligue a subir.Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el rayo de luz visible, que va desde el suelo hacia la nube. Este rayo llega a velocidades de 300.000.000 kilmetros por hora.Las razones para las tormentas, con lluvia o secas, en esta poca del ao es la inestabilidad de la atmsfera.Formacin del rayo

Relmpago del Catatumbo, Zulia, Venezuela. La fbrica de ozono de la Madre Naturaleza. Este fenmeno es capaz de producir 1.176.000 relmpagos por ao, produciendo el 10% de la capa de ozono del planeta.Cmo se inicia la descarga elctrica sigue siendo un tema de debate.[] Los cientficos han estudiado las causas fundamentales, que van desde las perturbaciones atmosfricas (viento, humedad y presin) hasta los efectos del viento solar y a la acumulacin de partculas solares cargadas.[7] Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo, propiciando una separacin de las cargas positivas y negativas dentro de la nube.[]Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcnicas, o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga esttica.

Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta as como tambin fuera de stas, y no necesariamente impactan en la tierra. Este diagrama muestra los diferentes tipos de rayos como as tambin el movimiento de aire y de la carga elctrica de la tierra a la nube, y viceversa.

El dao que causa el rayo se debe en gran parte al calor que engendra. Los incendios que las chispas elctricas provocan todos los aos calcinan miles de kilmetros cuadrados de bosques, con los consiguientes incendios de casas y haciendas. Muchas veces los rboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacin del agua y la acumulacin de una presin suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos. Por otro lado, cada ao mueren fulminados por el rayo miles de personas.

Una vez que esta nube se form, comienzan los procesos de cargado que consiste en la acumulacin de cargas dentro de la nube. Esto se produce por el movimiento y choque de las partculas dentro de la nube. Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan, as, al encontrarse, colisionan y liberan electrones, quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa. Luego del choque, los dos elementos continan su movimiento, acumulndose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente.La liberacin de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que terminan con la generacin del rayo. Primero, una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de est acercndose al suelo. Cuando esta corriente localiza una columna de cargas positivas conectada al suelo (tambin de carga positiva) que puede ser desde un rbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan, se produce un flujo de corriente elctrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo.

EL TRUENOLa electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de truenoEn particular, lastormentas elctricasson un fenmeno bastante complejo que, aunque a grandes rasgos ha sido definido y explicado, hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes, como lo es elorigen y produccin de los rayosy elgiro de los tornados, por ejemplo.En cuanto alorigen de los truenos, tambin ha sido objeto de debate durante mucho tiempo, pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobrepor qu se producen los truenos, as que ahora vamos a ver cul es esta explicacin.Tormenta elctrica: truenos y rayosLostruenosy losrayosson dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y que forman parte del mismo fenmeno climatolgico: la tormenta elctrica. El proceso que produce una tormenta elctrica comienza cuando masas de aire caliente y hmedo comienzan a elevarse debido a corrientes de aire ascendente. Al elevarse, estas masas de aire comienzan a enfriarse y condensarse, formando nubes llamadascumulonimbus, que pueden tener hasta 20 kilmetros de alto.A medida que el aire se va condensando, se van formando gotas de agua y hielo que caen desde lo alto, a travs de la nube, hacia la superficie de la tierra y, mientras caen, van colisionando con otras gotas y hacindose cada vez ms grandes, al mismo tiempo que generan dentro de la nube una corriente de aire descendente que se expandir a lo largo de la tierra en forma de viento.

THINKSTOCK / HEMERASe cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire ascendente que produjo la nube se mantiene, mientras las gotas que caen crean corrientes de aire descendente, el choque de estas masas de aire produce las descargas elctricas que conocemos como rayos, ya que las nubes poseen campos elctricos (esto ltimo probado porBenjamin Franklincon su famoso experimento de la cometa).Produccin de los truenosEltruenoes la expresin sonora que se da una vez producido el rayo. Como dijimos, tambin elorigen de los truenosha sido largamente debatido.La primera explicacin data del siglo III cuandoAristtelesconsider que se producan por choques entre las nubes, y luego las teoras han variado a lo largo de la historia, hasta que actualmente se ha llegado al consenso.Se ha podido comprobar mediante anlisis espectroscpicos que la temperatura de un rayo, si bien vara desde 20.000 K (Kelvin) hasta 30.000 K, primero, y luego desciende hasta 10.000 K durante los 50 microsegundos que dura, tiene en promedio una temperatura de 20.400 K (20.100 C). Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a travs del aire ms fro circundante a una velocidad mayor que la del sonido, lo que produce unaonda de choque(en principio similar a la de una explosin).

THINKSTOCK / STOCKBYTEDependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona, elsonido del truenopuede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo, y a veces puede alcanzar hasta 110 decibelios, cercano al umbral de dolor para el odo humano.Varios experimentos de simulacin de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para respaldar esta explicacin, aunque, como suele suceder en el mbito cientfico (porque bsicamente de eso se trata), se siguen debatiendo los mecanismos fsicos precisos que tienen lugar en el proceso.

IonosferaQu es Ionsfera:La ionsfera o ionosfera es una capa superior de la atmsfera, ubicada entre los 80 y 500 km de altura, donde tienen lugar procesos de ionizacin, de all su nombre. La palabra ionsfera se compone de dos trminos de origen griego: (ion), que se refiere al tomo y su propiedad de transportar carga elctrica, y (sfaira), que significa esfera.CaractersticasLa caracterstica principal de la ionsfera es que, como consecuencia de la radiacin solar, se encuentra en permanente ionizacin. La ionizacin es el proceso mediante el cual los tomos se rompen formando iones, lo cual provoca variaciones extremas en la temperatura de sus gases, que puede ir desde los -70 C hasta los 1.500 C. Por ello, tambin se la conoce como termsfera, aunque hay partidarios de entenderlas de manera diferenciada, pues cada nombre privilegia un fenmeno distinto: el uno la ionizacin y el otro las oscilaciones trmicas.En la ionsfera, los electrones pueden moverse ms libremente debido a que la densidad de los gases es mucho ms baja en comparacin con las capas inferiores. Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad, lo que facilita la propagacin de ondas de radio y televisin.La ionsfera a su vez se subdivide en varias capas, conocidas con las letras D, E, F1 y F2. Las capas ms bajas, D y E, son idneas para las ondas de radio de baja frecuencia, mientras que las ms altas, F1 y F2, reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores.FenmenosEn la ionsfera, adems de la desintegracin de los meteoritos, se producen las llamadas auroras polares, que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la Tierra, cuyas partculas son atrapadas por el campo magntico de nuestro planeta, dando lugar a uno de los fenmenos lumnicos ms impresionantes del mundo.

LA IONOSFERALa ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmsfera donde el aire es muy delgado y que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura. Bajo la influencia de la radiacin solar los tomos se rompen formando los iones. Lo mejor de este proceso es que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda.La ionizacin es un proceso de ruptura de los enlaces electrnicos en los tomos, que producen la formacin de parejas de iones de cargas opuestas. Los principales mecanismos de ionizacin son la colisin de los tomos o molculas con otros tomos e iones, la interaccin con algn tipo de radiacin i la aportacin de calor.Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser ms ligera permite a los electrones moverse ms libremente. Este factor es importante para la propagacin de alta frecuencia (HF: 3 a 30 Mhz). Generalmente, cuantos ms electrones, frecuencias ms altas se pueden usar.Durante el da pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D, E, F1 y F2.Sus alturas aproximadas son: Regin D de 50 a 90 Km. Regin E de 90 a 140 Km. Regin F1 de 140 a 210 Km Regin F2 ms de 210 Km de altura. Durante el da, la propagacin de tipo "Espordica-E" se da en la regin E de la ionosfera, y a ciertas horas del ciclo solar la regin F1 se junta con la F2. Por la noche las regiones D, E y F1 se quedan sin electrones libres, siendo entonces la regin F2 la nica disponible para las comunicaciones; de todas formas no es raro que tambin pueda darse por la noche la propagacin "espordica-E". Todas las regiones excepto la D reflectan ondas de HF. La Regin D pese a no reflectarlas tambin es importante ya que sta se encarga de absorberlas o atenuarlas.

La regin F2 es la ms importante para la propagacin de HF ya que: Est presente las 24 h. del da. Su altitud permite comunicaciones ms lejanas. Normalmente reflecta las frecuencias ms altas de HF.El periodo de vida de los electrones es mayor en la regin F2, y esa es la razn por la cual esta capa reflecta ondas por la noche. Los periodos de vida de los electrones en las regiones E, F1 y F2 son de 20 segundos, 1 minuto y 20 minutos respectivamente.Figura 1 Estructura de la ionosfera de da y de noche.-Campo Geomagntico (GMF): Aunque no sea una parte de la ionosfera es importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida. El campo magntico producido por la rotacin del ncleo metlico de la Tierra provoca una "lneas de campo" que van de polo a polo. Su forma es como una gota de agua, con la cola apuntando hacia el sol. Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partculas cargadas procedentes del Sol, al cual se le denomina flujo solar. El GMF tiene mucha relevancia en la dinmica de la ionosfera. Sin la proteccin de nuestro campo geomagntico, la ionosfera y la superficie del planeta estaran sometidos a un bombardeo constante de partculas cargadas. La formacin de la ionosfera sera muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendramos un GMF que nos mantuviera la ionosfera "en posicin". Los DXs no seran posibles ya que las ondas reflectaran sin ningn orden. Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco sera posible sin el GMF...El GMF es ms dbil cerca de las regiones polares y ms fuerte cerca de las regiones ecuatoriales. En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kilmetros en el espacio. El estado del GMF puede ser silencioso (quiet), variable (unsettled), activo (active), de tormenta menor (minor storm), de tormenta mayor (major storm), de tormenta severa (severe storm) y, rara vez, de tormenta muy severa (very severe storm).

Estas imgenes muestran la actividad auroral, la cual es producida por la radiacin solar. Cuando la mancha roja desaparece es cuando los ndices del campo geomagntico estn a cero. Y cuanto ms roja sea, ms altos sern los ndices y entonces se dir que el estado del GMF est activo o que hay tormenta.

Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas; la propagacin de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos.

As tenemos las siguientes capas: 60 km: capa D. Slo aparece durante el da y es sumamente absorbente para frecuencias por debajo de unos 10 MHz, protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacin espacial. 80-110 km: capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside). 180-600 km: capas F o capas de Appleton. Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexin.[6] 180-300 km: capa F1. Esta capa sufre una fluctuacin diaria mayor que la F2, por lo que llega a mezclarse con sta. 300-600 km: capa F2. Es la capa ms alta de la ionosfera.

TEMA 4.2 POTENCIAL ESPONTNEOIntroduccin. El mtodo del Potencial espontneo (Self-potencial o Spontaneous potential) es un mtodo de prospeccin elctrica que tuvo sus orgenes en la bsqueda de recursos minerales, si bien su uso se ampli al mundo de la ingeniera civil y medioambiental, resultando ser una herramienta eficaz en el anlisis de problemas de filtracin de aguas en el subsuelo. Tcnica de aplicacin generalizada en la dcada de los 80 y principios de los 90, hoy en da es una tcnica en desuso dadas las prestaciones que nos ofrecen otros mtodos en este mbito (i.e. Tomografa elctrica). Sin embargo la sencillez del equipo que precisa as como la facilidad de implementacin en el campo, justifican la descripcin de este mtodo.

Objetivo del mtodo. El mtodo del Potencial espontneo se basa en medir entre dos puntos del terreno, cual es la diferencia de potencial elctrica generada de forma natural en el subsuelo. El origen de estos campos elctricos naturales (potenciales espontneos) est asociado a diferentes fenmenos como por ejemplo a las variaciones de las propiedades del terreno (cambios de humedad, de su qumica, etc.), la presencia de cuerpos metlicos, actividad biolgica de la materia orgnica, etc.. Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontneos, el que nos interesa es el denominado Potencial electrocintico (Electrokinetic potential o Streaming potential) dado que su gnesis est ligada al paso de un fluido a travs de un medio poroso. Por consiguiente, el objetivo de este mtodo se reduce simplemente a detectar en nuestro registro de campo, las variaciones espaciales del potencial electrocintico. Principios tericos bsicos.Potencial electrocintico. El paso de una solucin de resistividad elctrica y viscosidad a travs de un medio capilar o poroso, puede generar un gradiente de potencial elctrico a lo largo de la trayectoria del flujo. Este potencial es lo que se conoce como Potencial electrocintico. Segn Dakhnov [13], la gnesis de este potencial se debe a la adsorcin preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la superficie de los granos, formando una capa fija. Como respuesta a este fenmeno, se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso mvil), de forma que en presencia de un gradiente hidrulico, el movimiento del agua intersticial y por tanto de la capa mvil, genera una carga neta de separacin en la direccin del movimiento. Estas dos capas es lo que se conoce como la doble capa de Helmotz. Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocintico V entre los dos extremos del conducto poroso, viene definido por la ecuacin de Helmholtz [ ] .14 , en donde es la constante dielctrica, la resistividad, la viscosidad del electrolito, P el incremento de presin en los extremos del capilar, y es el potencial Zeta o potencial elctrico de la doble capa de Helmholtz. Al cociente V/P se le denomina electrokinetic coupling coeficient.

V = / 4 P [.14]Sin embargo, el uso de esta ecuacin en problemas reales es poco prctica dado que: En general la estimacin de en las rocas no es nada sencillo. Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la complejidad de un medio poroso, en donde la relacin granolumetra- permeabilidad del medio, la forma y tortuosidad de los poros, as como otros factores, tienen una gran importancia en el comportamiento del potencial. Efectos secundarios (i.e. los observados en los minerales de las arcillas) pueden enmascarar los potenciales electrocinticos puros, complicando por tanto la interpretacin de los resultados (i.e. Lapagne [14]).Por todo ello, los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del potencial electrocintico, tanto en terrenos no consolidados (arcillas, limos y arenas) como en medios fisurados, Estudio del potencial en terrenos no consolidados.En este mbito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] . En este estudio se realiza un profundo anlisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial, factores como el gradiente hidrulico, el tamao de grano, la permeabilidad, as como la concentracin de sal en un fluido. Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hiptesis de rgimen laminar, en donde la ley de Darcy tiene validez, las principales conclusiones que se derivaron de este estudio fueron: A medida que aumentamos el gradiente de presin del fluido, la amplitud del potencial tambin incrementa su valor, pero siempre en valores negativos. Dado un gradiente hidrulico, las mayores amplitudes del potencial electrocintico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70 Darcy (corresponden a arenas de tamao de grano medio). Fijado un gradiente hidrulico y una permeabilidad, un aumento de la concentracin de sal del fluido conlleva una disminucin significativa del valor del potencial, llegndose incluso a valores casi imperceptibles. Este aspecto limitar el uso del mtodo del Potencial espontneo en problemas en donde el aguas presente elevada salinidad. Estudio del potencial en medios fisurados.A diferencia de los terrenos no consolidados, el estudio del potencial en medios fisurados no ha sido tan amplio. En este sentido destaca el trabajo de Bogolosvsky [16], en el que intenta establecer la relacin existente entre el potencial y algunos de los parmetros que definen un material fisurado: la apertura de las fisuras, la existencia o no de relleno, y la proporcin de finos y arenas presentes en el relleno. Tambin bajo la hiptesis de rgimen laminar, las conclusiones ms importantes que se derivaron de los ensayos fueron las siguientes: Para distintas aperturas de fisuras sin relleno, se observ que cuanto menor sea la apertura mayor ser la magnitud del potencial electrocintico (en valores negativos). Tambin se apreci que el orden de magnitud de los valores de potencial obtenidos, eran muy pequeos en comparacin con los observados para materiales no consolidados. Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno arenoso, se observ que: 1. No existe una relacin de proporcionalidad entre el potencial y la cantidad de relleno, es decir dado un gradiente hidrulico, ms cantidad de relleno arenoso no implica valores de potencial ms grande. Los valores mximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40 % . 2. El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho ms grande que los obtenidos para fisuras sin relleno, pero sin llegar a los niveles medidos en terrenos no consolidados. Por ltimo, dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100% con diferentes mezclas de arena y arcilla, se observ que fijado el gradiente hidrulico, a medida que aumenta la proporcin de arcilla en el relleno, el valor del potencial electrocintico disminuye, si bien el orden de magnitud de stos valores (siempre negativos) continan siendo muy superiores a los observados para fisuras sin ningn tipo de relleno. En definitiva, la deteccin de focos de filtracin en medios fisurados precisar de la existencia de fisuras de pequea apertura y con cierto relleno (preferentemente arenoso), de forma que la magnitud del potencial generado por el flujo de agua, sea lo suficientemente significativo como para ser medido. En caso contrario la localizacin de reas de filtracin es prcticamente imposible.Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hiptesis de rgimen laminar, de forma que en el caso de tener un flujo en rgimen turbulento (muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja de tener validez. Equipo requerido.Independientemente de la configuracin de medida empleada (ver 4.5.1), el equipo bsico requerido es bastante sencillo y consta de: Unos electrodos Cable elctrico un carrete para recoger el cable un milivoltmetro con el que medir el potencial En el caso de utilizar la configuracin multielectrdica (4.5.1.3) se precisa un sistema multicanal de adquisicin de datos, y que el cable elctrico sea multiconductor. Por otro lado, y dado que en general tendremos la presencia de cierto nivel de ruido en nuestra seal de campo (ver 4.5.2), es prcticamente habitual el uso de un monitor telrico con el que medir las variaciones temporales del potencial espontneo, y evitar de esta forma confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocintico. En cuanto al tipo de electrodos a utilizar, si bien durante muchos aos se han estado empleando electrodos metlicos, diversos estudios (Corwin and Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no polarizables, ya a que este tipo de electrodos reduce los fenmenos de polarizacin y de deriva (ver 4.5.2). De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu CuSO4 los ms utilizados. Estos electrodos estn formados por una barra de metal inmersa en una solucin saturada de sal de su propio metal, y todo ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto la solucin con el terreno (Ives and Janz [18]). En la figura 12 se muestra un esquema bsico.

Metodologa de campo.Tipos de configuraciones en la captura de los datos.A la hora de realizar las medidas de campo, que al igual que en Tomografa elctrica se disponen en forma de perfiles, podemos optar por diferentes procedimientos. Si bien todos ellos se han utilizado con xito en diferentes trabajos, la susceptibilidad a errores sistemticos hacen que ciertos dispositivos sean ms idneos que otros. Configuracin del gradiente.Esta tcnica solo precisa 2 electrodos, y se basa en medir mediante el milivoltmetro, cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos, siendo la distancia entre ambos invariable. Para ello, en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltmetro respectivamente. Realizada la primera medida, ahora sin cambiar la polaridad del dispositivo as como la distancia electrdica, procederemos a tomar el resto de medidas a lo largo del perfil, de forma que el electrodo A ocupe siempre la posicin que ocupaba el B en la anterior medida. Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequea en comparacin con la longitud de onda de la anomala, este procedimiento representa esencialmente el gradiente del potencial espontneo en la direccin del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]). Para obtener la variacin espacial del valor total del potencial, basta con ir sumando cada uno de estos gradientes.Ventajas La utilizacin de poca longitud de cable elctrico, aspecto que supone que se minimize su exposicin a las mordeduras de los animales y a los actos de vandalismo. La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar incidentes con los posibles vehculos que puedan aparecer en la zona. En caso de observar problemas con el cable elctrico, es ms fcil de encontrar el lugar donde tenemos el fallo elctrico.

Desventajas La gran desventaja de esta configuracin reside en el tema de la calidad de los datos obtenidos. Esto se debe a que el propio proceso de adquisicin de datos lleva asociado unos errores (polarizacin, deriva y efecto contactosuelo, ver 4.5.2), que si bien pueden ser mnimos para cada medida puntual, a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total, la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente. Es justamente este aspecto de la acumulacin del error, el que determina que la configuracin de reconocimiento ms habitual sea el de base fija, dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la orografa del terreno, o a la gran vulnerabilidad del cable elctrico a sufrir daos, haga inviable el empleo del mtodo de base fija. Configuracin de base fija (o campo total).Este dispositivo, en el que solo se precisan tambin 2 electrodos, se basa en colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente hayamos definido. En el momento de realizar las medidas iremos a una de estas estaciones, colocaremos un electrodo (ser el B) y mediremos el potencial con respecto al electrodo A, que estar situado siempre en una misma base (denominada base de referencia), en la que supondremos de forma arbitraria potencial cero. La correcta ubicacin de esta base de referencia ser fundamental a la hora de obtener unos resultados ptimos, siendo las zonas idneas para su emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable en el tiempo.Ventajas La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de acumulacin del error, ya que cada lectura si bien est sujeta a las tres componentes del error anteriormente mencionadas, ya corresponde al valor total del potencial. La flexibilidad a la hora de colocar las bases, dado que podemos optar por densificar su nmero en aquellas zonas de especial inters.

DesventajasDado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de referencia pueden llegar a ser incluso de algn kilmetro, esto conlleva: Un aumento de la susceptibilidad del cable elctrico a sufrir algn percance, ya sea fortuito o por vandalismo. Dificultad a la hora de encontrar la ubicacin precisa del fallo. En definitiva, si bien el coste econmico y de tiempo son ms elevados en la configuracin de base fija que en la configuracin del gradiente, dado que la relacin coste-calidad es muy baja, lo ms aconsejable es utilizar esta configuracin.

Configuracin multielectrdica.Esta configuracin es similar a la de base fija pero a diferencia de sta, ahora no vamos de estacin en estacin conectando el electrodo B con el de referencia, y luego medimos, sino que ahora disponemos de un gran nmero de electrodos, los cuales ya estn todos conectados a la base de referencia mediante un cable multiconductor. Mediante un sistema multicanal de adquisicin de datos, iremos realizando de forma automtica toda la secuencia de medidas, con el espaciado temporal que nosotros queramos.

Ventajas La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran nmero de medidas en un intervalo de tiempo concreto. Esto nos permitir estimar con gran precisin la deriva de los electrodos, as como otras variaciones temporales del potencial (i.e. corrientes telricas), y por tanto nos ser mucho ms fcil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro registro de campo.

Desventajas El elevado coste en comparacin con las otras dos configuraciones. Fenmenos que contaminan nuestras medidas de potencial.El mtodo del Potencial espontneo es un mtodo pasivo, dado que simplemente medimos un potencial elctrico que ya existe de forma natural en el terreno. Esta imposibilidad de poder modificar ningn parmetro de estudio (i.e. intensidad, frecuencia, etc.), y por tanto de intentar separar la seal de nuestro inters del resto, conllevar que el registro de campo obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontneos, que perturbarn y enmascararn el potencial de nuestro inters: el potencial electrocintico. Destacar que el orden de magnitud de stos potenciales en muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocintico, que suele ser de algunas decenas de mV. En consecuencia nuestro primer objetivo ser el reconocer cada uno de estos fenmenos perturbadores, para posteriormente poder filtrarlos de nuestro registro, y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocintico. Aunque comnmente se denomina ruido a todas aquellas anomalas de potencial que no son de nuestro inters, basndonos en la nomenclatura usada por Corwin [21], estableceremos una clasificacin de stos. As, Corwin distingue entre error y ruido. Error seran todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio proceso de adquisicin de datos. Ruido seran todos aquellos potenciales generados de forma natural (i.e. corrientes telricas) o artificial (i.e. actividad humana), y cuya gnesis no est ligada al movimiento del agua en el terreno. Dentro de los errores tenemos: Polarizacin y deriva. La polarizacin se define como el potencial medido por un par de electrodos en ausencia de un campo elctrico externo. Mientras que la deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacin. Ambos fenmenos responden a la variacin de algunos parmetros medioambientales como son la temperatura, la humedad del suelo, as como la qumica del fluido intersticial. Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de algunos mV. Para su evaluacin es aconsejable la construccin de probetas de terreno y analizar sus efectos (Morrison [22] ; Corwin and Butler [17]). Las variaciones de temperatura entre los electrolitos del electrodo B con respecto al del A, pueden provocar de +0.5 a +1 mV. por cada C que aumente esta diferencia de temperatura. Los cambios de temperatura son los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de polarizacin, llegndose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV. bajo condiciones severas (Corwin [21]). En cuanto a los cambios qumicos, se pueden llegar a generar anomalas de potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23]). Efecto debido al contacto suelo-electrodo. Si colocamos los electrodos en el terreno, medimos, los extraemos y volvemos a reintroducirlos para repetir la medicin, se observa que generalmente las mediciones han cambiado. En muchos suelos compactos conductivos, estas variaciones son inferiores de 5 o 10 mV., sin embargo para suelos secos y resistivos estas variaciones pueden ser de decenas de mV. (Corwin [21]). Para intentar obtener unas lecturas ms consistentes, podemos realizar pequeos agujeros en el terreno, a fin de llegar a una zona en donde las condiciones sean un poco ms estables. En situaciones de suelo muy seco se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de medida (Semenov [24]). En este caso deberemos esperar algunas horas, dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracin libre del agua (Corwin and Hoover [25]). En consecuencia solo es aconsejable verter agua en condiciones extremas.

En lo que concierne al grupo de los ruidos, distinguimos entre los que generan un potencial espontneo constante o variable en el tiempo. La deteccin y filtracin de los ruidos transitorios pasa previamente por estimar su periodo de oscilacin temporal. Estos periodos de oscilacin pueden ir desde menos de un segundo a horas, das e incluso meses. Los de bajo periodo podrn ser detectados a travs de propias medidas realizadas, sin embargo para los de periodo ms grande se precisar de mtodos alternativos (i.e. monitores telricos), para detectarlos y filtrarlos. Del conjunto de ruidos transitorios destacamos: Corrientes telricas.Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del campo magntico terrestre. Las corrientes telricas son de origen natural y sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacin comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller [26]). Ahora bien, el rango de periodos para los cuales solemos tener la mxima actividad telrica es de 10-40 s. (Corwin and Hoover [] 25 ), con valores de amplitud del orden de algunos mV. por kilmetro, si bien en reas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta magntica, podemos tener anomalas de decenas e incluso de hasta centenas de mV. Corrientes elctricas debido a la actividad humana. Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial, en los que la amplitud de las anomalas puede ser de decenas a centenares de mV /Km (Corwin [21]). En cuanto a los ruidos estables o con una variacin temporal muy lenta, destacamos: Efecto topogrfico En bastantes casos el gradiente topogrfico es fcil de reconocer. A modo de ejemplo tenemos la figura 14, extrada del trabajo de Ernston and Scherer [ ] 27 , en el que los autores descomponen la seal de campo en tres componentes: efecto topogrfico, residual SP (corresponde a las anomalas debido a la litologa) y SP noise (corresponde a la actividad biolgica). Corrosin de elementos metlicos enterrados La existencia de elementos metlicos enterrados en el terreno (i.e. tuberas metlicas), pueden generar anomalas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV.) de signo negativ. En reas de actividad humana, es aconsejable un previo reconocimiento mediante tcnicas electromagnticas para localizar posibles elementos enterrados. Planificacin de la campaa de reconocimiento.Dada la cantidad de fenmenos que pueden perturbar nuestra seal de campo, en la planificacin ser fundamental el garantizar la correcta adquisicin de los datos. En este sentido, la calidad de la informacin obtenida depender de: 1. La configuracin de reconocimiento utilizada. 2. La seleccin del material adecuado as como de su mantenimiento. 3. La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas de campo. 4. Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por vandalismo) con los equipos de medida. Adems de estas cuestiones, otros aspectos que deberemos determinar en la planificacin de la campaa de campo son: 1. Nmero, ubicacin y longitud de los perfiles en el terreno. 2. Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil. 3. Localizacin de la base de referencia (en el caso de usar configuracin de base fija o multielectrdica). 4. Periodicidad con la que se tomarn las medidas, a fin de intentar caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontneo La configuracin ms usual es la de base fija. Ello conlleva el determinar previamente la ubicacin idnea de nuestra base de referencia, siendo el lugar ms adecuado aquel en donde el valor del potencial espontneo sea lo ms estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterrneo). Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida. La disposicin de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig. 18) de forma anloga a lo visto en Tomografa elctrica, siendo la separacin entre ellas generalmente pequea (de algunos metros), a fin de poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomalas de longitud de onda pequea.Procesado e interpretacin de los datos.Para cada perfil obtendremos una grfica, en donde en el eje de abcisas colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil, mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del potencial espontneo medido. Ahora, nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ruidos y errores que puedan existir en nuestras medidas, a fin de quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocintico. Su magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV. Este proceso puede ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (i.e. Cardona). Adems de los perfiles, tambin es muy frecuente confeccionar mapas de isolneas de potencial electrocintico, en los que a partir del aumento o disminucin relativa del valor del potencial en el sentido del flujo, podremos caracterizar el problema de filtracin en el subsuelo. A la hora de interpretar los resultados, la variacin exacta del potencial espontneo en zonas con presencia de flujos de agua, es una funcin compleja que depende de aspectos tales como la seccin geoelctrica, la intensidad del flujo, o la profundidad y geometra de ste (Wilt and Corwin [ ] 28 ). Sin embargo en la prctica, y como resultado de diversos estudios as como de la experiencia acumulada en casos reales, se han observado ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo de reglas en la interpretacin. En el caso de analizar los resultados obtenidos a travs de los perfiles, identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones, aquellas zonas en donde se produzcan anomalas negativas, es decir un descenso relativo del valor del potencial electrocintico. Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas mono- y bivalentes, la capa mbil de la doble capa de Helmotz est compuesta por cationes, de forma que los iones positivos son transportados en la direccin del flujo (Bogolovsky [30]). Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isolneas, en zonas en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o descendente (i.e. al penetrar travs de un dique de tierra o bajo el fondo de un reservorio), en general observaremos una disminucin relativa del valor del potencial en el sentido del flujo (anomala negativa), mientras que si el flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del terreno, generalmente se producir un aumento relativo del potencial en el sentido del flujo (fig.17). Bogolovsky [30]; Corwin.Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente comentados, se ha observado tambin que las anomalas del potencial electrocintico pueden verse afectados por la litologa (Bogolovsky [ ] 30 ). En este sentido, zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar anomalas positivas, mientras que zonas con predominio de material arenoso pueden producir anomalas negativas. En definitiva, y dada la variedad de factores que influyen en las anomalas del potencial, la interpretacin de los datos obtenidos depender de las caractersticas de cada problema en concreto.El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) as como a la alta presencia de sal en el fluido, imposibilit el uso del mtodo del Potencial espontneo en Cardona. A fin de ilustrar grficamente algunos de los aspectos anteriormente comentados, procederemos a exponer de forma muy breve los resultados de un estudio de filtracin de agua en la presa de tierra de Clearwater, Missouri (Butler).La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage zone), cosa que facilit como ubicar los perfiles. En la figura 18 tenemos representado la disposicin de los cuatro perfiles de potencial espontneo que utilizaron: Array 1, 2, 1A y 2B. Se utiliz el dispositivo de base fija, colocndose la base de referencia al Norte del reservorio. Teniendo en cuenta que el gradiente hidrulico es un parmetro fundamental en la gnesis e intensidad de las filtraciones de agua, en embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacin de mximo y mnimo nivel de agua del reservorio. Por consiguiente, para cada perfil se realizaron varias series de medidas para ambos casos. En la figura 19 se muestras los datos ya filtrados obtenidos del perfil Array 2A (formado por 11 estaciones de medida).Ventajas y limitaciones del mtodo.Las principales ventajas de este mtodo son: Es un mtodo muy econmico y robusto, dada la sencillez de los aparatos. Es un mtodo que no es agresivo con el medio. En cuanto a las limitaciones que presenta este mtodo tenemos: Es un mtodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo. No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacin. Dado que es un mtodo pasivo (simplemente medimos el potencial espontneo que ya existe de forma natural en el terreno), nuestra seal de campo en general se ver afectada por niveles significativos de ruido. En consecuencia la calidad del estudio depender en gran medida de la capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ruidos y errores, a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial electrocintico. Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto, se requiere que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia. El rango de aplicabilidad del mtodo se ve restringido enormemente cuando trabajamos en medio fisurado, as como con fluidos de elevada salinidad. 1. Para medios fisurados, solo en los casos de tener fisuras de pequea apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso), la magnitud de la anomala ser lo suficientemente significativa como para ser detectado. 2. En lo que concierne a la salinidad, en el caso de analizar filtraciones de agua con elevada concentracin de sal, la deteccin ser prcticamente imposible dado que la magnitud de la anomala del potencial electrocintico ser casi inapreciable.

TEMA 4.3 POLARIZACIONPolarizacinEl electromagnetismo clsico define lapolarizacin elctricacomo el campo vectorial que representa la densidad de los momentos elctricos dipolares inducidos o permanentes en un material dielctrico. Cabe mencionar que este concepto tambin seconocecon el nombre dedensidad de polarizacino sencillamente comopolarizacin. Se trata de uno de los tres campos elctricos macroscpicos que proporcionan una descripcin del comportamiento de los materiales, complementando aldesplazamiento elctrico Dy alcampo elctrico E.Polarizacion elctricaLa Polarizacin Elctrica (Tambin Llamada Densidad De Polarizacin O Simplemente Polarizacin) Es El Campo Vectorial Que Expresa La Densidad De Los Momentos Elctricos Dipolares Permanentes O Inducidos En Un Material Dielctrico. El Vector De Polarizacin P Se Define Como El Momento Dipolar Por Unidad De Volumen. La Unidad De Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado.La Polarizacin Elctrica Es Uno De Los Tres Campos Elctricos Macroscpicos Que Describen El Comportamiento De Los Materiales. Los Otros Dos Son El Campo Elctrico E Y El Desplazamiento Elctrico D.

EL FENMENO DE LA POLARIZACIONLa induccin no se limita a los conductores, cuando acercamos una barra cargada a un aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante; lo que ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios tomos y molculas.Por induccin un lado del tomo o molcula se hace ligeramente mas positivo o negativo que el lado opuesto por lo que decimos que el tomo est elctricamente polarizado . Si, por ejemplo , la barra es negativa, entonces el lado positivo del tomo o molcula se orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario. Se presenta el fenmeno de polarizacin cuando trozos de papel neutros son atrados por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared.Cuando situamos un objeto material en un campo elctrico se comporta segn sea un conductor o un dielctrico. El conductor redistribuye sus cargas. En un dielctrico las cargas no pueden moverse libremente y, por tanto, su comportamiento es distinto. Los dielctricos pueden considerarse formados por dos tipos de molculas: polares y no polares.Como Ocurre La Polarizacin: Las Molculas (Dipolos) Estn Distribuidas Al Azar (A) Al Acercar A Este Dielctrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo, Con Carga Positiva), La Carga De Este ltimo Actuar Sobre Las Molculas Del Aislante, Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada. (B) Cuando Esto Sucede, Se Dice Que El Dielctrico EstPolarizado.

Si la molcula es no polar, es decir, si el centro del sistema de electrones coincide con el de los ncleos positivos, el dielctrico es, en todos sus puntos, elctricamente neutro. Bajo la accin de un campo elctrico externo, los centros de los sistemas citados se separan y se crean dipolos inducidos, alineados con el campo elctrico externo. Macroscpicamente, en un dielctrico se produce el fenmeno conjugado de alineamiento e induccin, separndose ligeramente el centro de las cargas positivas de todo el dielctrico con respecto al centro de las cargas negativas. El dielctrico en su conjunto permanece elctricamente neutro pero se polariza, es decir, se acumula carga positiva a un lado y negativa en el otro.

Dipolo:Un dipolo elctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre s.Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dielctricos. A diferencia de lo que ocurre en los materiales conductores, en los aislantes los electrones no son libres. Al aplicar un campo elctrico a un dielctrico aislante ste se polariza dando lugar a que los dipolos elctricos se reorienten en la direccin del campo disminuyendo la intensidad de ste.

Polarizacin de un material dielctrico o aislanteInfluencia de un campo elctrico en un dielctrico tipo polarLas molculas de algunosdielctricostienen la propiedad de que la distribucin interna de sus cargas no es simtrica.En estos casos la parte positiva y negativa de cada molcula estn separadas una de otra.Si aldielctricose le aplica un campo elctrico, estas molculas llamadas dipolos, no se desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales, sino que se orientan segn el campo aplicado.Con esta situacin se dice que el dielctrico ha sido polarizado. Cuando el campo elctrico desaparece, las molculas vuelven a su estado original.

Polarizacin Inducida La Polarizacin Inducida (PI) es un fenmeno elctrico que se manifiesta en el interior de medios materiales, sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la interrupcin de un flujo de corriente elctrica energizante, sea en el dominio de la frecuencia con una precisa ley de dispersin de la resistividad elctrica al variar la frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante. Es bien conocido que el fundamento sobre el cual se aplica este mtodo se debe a que algunas rocas o depsitos minerales no exhiben un potencial elctrico propio.

Los mtodos de prospeccin geoelctrica estudian el comportamiento de corrientes elctricas naturales e inducidas para determinar la resistividad elctrica del subsuelo, esto puede ser aprovechado para crear una tomografa que puede ser usada para ubicar sulfuros masivos, minerales, acuferos y plumas contaminantes, y anomalas asociadas a la estratigrafa del subsuelo, entre otrasUn mtodo electromagntico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables en el tiempo para mapear la variacin de la permitividad elctrica (constante dielctrica) en el subsuelo, con bajas frecuencias. La polarizacin inducida se observa cuando una corriente estacionaria que atraviesa dos electrodos del subsuelo se interrumpe: la tensin no retorna a cero en forma instantnea sino que decae lentamente, lo que indica que la carga ha sido almacenada en las rocas. Esta carga, que se acumula principalmente en las interfases presentes entre los minerales de arcilla. A menudo se utiliza en la exploracin de minerales y a veces permite distinguir diferentes tipos de mineralizacin.

Aplicaciones Caracterizacin litolgica del subsuelo (Geotcnica, Exploracin Minera y Agua). Delimitacin de zonas de alteracin (hidrotermal, silcea). Deteccin de zonas mineralizadas (sulfuros). Localizacin de (sistemas de) fracturas y fallas geolgicas. Estudio de acuferos: profundidad, espesor, propiedades (salinidad). Monitoreo de acuferos (contaminacin).

PIEZOELECTRICIDAD La piezoelectricidad (del griego piezein, estrujar o apretar) es un fenmeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecnicas adquieren una polarizacin elctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas elctricas en su superficie. Este fenmeno tambin se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la accin de fuerzas internas al ser sometidos a un campo elctrico. El efecto piezoelctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo elctrico, recuperan su forma. Los materiales piezoelctricos son cristales naturales o sintticos que no poseen centro de simetra. El efecto de una compresin o de un cizallamiento consiste en disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas. Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carcter piezoelctrico de forma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferroelctricos, que presentan propiedades piezoelctricas tras ser sometidos a una polarizacin (tantalio de litio, nitrato de litio, bernilita en forma de materiales monocristalinos y cermicas o polmeros polares bajo forma de microcristales orientados). El efecto piezoelctrico, es un fenmeno fsico que presentan algunos cristales debido al cual, aparece una diferencia de potencial elctrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal cuando ste se somete a una deformacin mecnica y se denomina efecto piezo-elctrico directo. Este efecto funciona tambin a la inversa: cuando se aplica un campo elctrico a ciertas caras de una formacin cristalina, esta experimenta distorsiones mecnicas (efecto piezo-elctrico inverso). Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenmeno en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron 'efecto piezoelctrico' (del griego piezein, 'presionar').

Tipos de PolarizacinHay varios mecanismos de polarizacin de los dielctricos a saber: Polarizacin electrnica, que consiste en un desplazamiento relativo de la nube de electrones con relacin al ncleo atmico. Polarizacin inica o atmica, que consiste en un desplazamiento relativo de los tomos que constituyen la molcula. Polarizacin por orientacin, que consiste en una orientacin de las molculas polares bajo la accin del campo aplicado. Polarizacin por carga de espacio, que es debida a cargas que pueden migrar ciertas distancias dentro del material.Lapolarizacin electrnicatiene lugar en los tomos, iones o molculas; bajo la influencia de un campo elctrico aplicado, se produce un desplazamiento de la nube electrnica de cada tomo, de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas se desplaza una distancia d del ncleo positivo. Este desplazamiento provoca la formacin de dipolos (dipolos inducidos), y la polarizacin del tomo.Lapolarizacin inica o atmicase presenta en sustancias inicas con molculas polares o no polares, las que, como consecuencia del carcter (inico o covalente) de la unin, tienen tomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan solicitados por el campo exterior.

Lapolarizacin por orientacinse produce solamente en las sustancias cuyas molculas son polares, es decir que contienen dipolos an sin la presencia de campo elctrico exterior. Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se orientan en presencia de un campo exterior, con la consiguiente polarizacin de la sustancia.El resultado neto de la polarizacin, es la produccin de una capa de cargas positivas sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara. El fenmeno de la polarizacin puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos.

Constante Dielctrica RelativaEn 1837 Faraday demostr que si se llena completamente el espacio comprendido entre dos placas de un capacitor con un dielctrico, la capacidad del capacitor queda multiplicada por un factor k mayor que la unidad. Este factor es el llamado poder inductor especfico o constante dielctrica relativa (al vaco) r y es independiente de la forma del capacitor, dependiendo exclusivamente del dielctrico. Al vaco se le asigna el valor r=1, el aire tiene un r=1,00059 (se suele despreciar los decimales y considerrselo igual a 1).Por definicin, la constante dielctrica relativa de un medio, es la relacin entre la capacidad de un capacitor con dicho medio como dielctrico sobre la capacidad de otro con el vaco como dielctrico.