KARGA ELEKTRIKOA

Karga elektrikoen jatorria atomoetan dago, gorputzen zatirik txikienean. Atomoa hiru elementuz osatuta dago: Protoiak, karga positiboa dutenak, Elektroiak, Karga negatiboa dutenak, eta neutroiak, kargarik ez dutenak. Berez atomoak neutroak dira elektroien eta protoien kopurua bera delako, hala ere, elektroiak atomoaren kanpoaldean kokatuta daudenez atomotik ihes egiteko joera dute.

Elektroiak galtzeko prozesuari elektrizazioa deritzo. Prozesu hau beirazko hagatxo bat zetazko zapi batekin igurtzean gertatzen da. Beiran dauden elektroiak zapira pasatzen dira zapia negatiboki kargatuz eta beira positiboki kargatuz.

Karga elektrikoaren propietateak hauexek dira:

-Karga elektrikoa kontserbatu egiten da, hau da, Karga elektriko totala konstante mantenduko da beti.

- Edozein karga elektriko oinarrizko unitatearen multiplo osoa da, hau da, karga elektrikoa Robert Millikan zientzialariak aurkitutako e unitatearen multiplo osoak dira. Horregatik esaten dugu karga elektrikoa kuantizaturik dagoela.

Gaur egun sistema internazionalean COULOMB-a da. Bi unitate hauen arteko erlazioa ondorengoa da:

e = 1,602.10^-19C

Coulomb-aren balio oso handia da erabiltzen diren unitateentzako, arazo hau konpontzeko Coulomb-aren anizkoitzak erabiltzen dira:

1µ C = 10^-6 C

1NC =10^-

COULOMB-en LEGEA

Coulomb-ek karga elektrikoek beraien arteko indarra azaltzeko lege bat argitaratu zuen. Legearen arabera indar elektrikoa bi karga elektrikoen biderkaduren zuzenki proportzionala da eta bien arteko distantziaren karratuaren alderantziz proportzionala da:

F₁₂ = K (Q₁Q₂) / r² u₁

Indar honen ezaugarriak ondorengoak dira:

-Indarraren norabidea bi kargak lotzen dituen lerroak erabakitzen du.

-Ez da inolako ingurunerik egon behar bi kargan artean indarra jasateko, luzerako indarrak dira.

-Beti binaka ageri dira. Bi kargek jasango dute indar bat batek besteari egina.

-Indar elektrikoek gainezarmenaren printzipioa betetzen dute, hau da, karga batek bi indar elektriko edukiz gero bere indar erresultantea bi indarren batura bektorialaren bidez lortuko dugu.

EREMU ELEKTRIKOAREN INTENTSITATEA

Karga positiboaren unitateak espazioko puntu batean jasango lukeen indarrari eremu elektrikoa deritzo.

E = K Q / r² u Bere unitatea: N/C da.

Eremu elektrikoaren ezaugarriak ondorengoak dira:

- Eremua zentrala da Q kargak sorturiko eremua erradiala delako

- Eremuaren norantza Q kargaren araberakoa izango da. Karga positiboa bada kargatik urruntzeko norantza hartuko du, lehen esan bezala, eremua karga positibo unitateak jasango lukeen indar bat delako. Karga negatibo batekin aurkakoa gertatuko da, eremuaren norantza kargaren zentrorantz zuzenduko da.

-Eremu elektrikoak gainezarmenaren printzipioa jarraitzen du. Puntu batean dagoen eremua puntu horretan karga bakoitzak sorturiko eremuen batura bektoriala da:

E = Σ E_i = E₁ + E₂ + ...........

EREMU-LERROAK

Eremu elektrikoak marratzerako kontuan ondorengo baldintzak kontuan hartu behar dira:
-Eremu elektrikoaren intentsitate-bektorea eremu-lerroen tangente ukitzailea da

-Eremu-lerroen dentsitatea eremu elektrikoaren moduluaren proportzionala da. Hau da, gero eta eremu-lerro estuagoak jarrita egon orduan eta bortitzagoak dira.

Eremu lerroak karga positiboan sortzen dira, bertatik irteten direlako karga negatiboan bukatzeko.

Gainazal ekipotentzialak potentzial elektriko bera duten bi puntu elkartuz lortzen da. Bere propietateak honakoak dira:

-Gainazal ekipotentziala indar lerroen perpendikularrak dira.

-Karga bat gainazal ekipotentzial bereko beste puntu batera eramateko eremu elektrikoak egin beharreko lana nulua da.

-Gainazal ekipotentzialak kargan zentraturiko gainazal esferiko zentrokideak dira, karga puntual bat potentzial kargatik dagoen distantziaren menpekoa delako.

Magnetismoa.Oersted-en saiakuntza

IMANA

Imanak burdinazko objektuak erakartzeko balio duen gorputz bat da. Gaitasun hau ez da metal guztietan agertzen, burdina erakartzeko gaitasuna burdinak, kobaltoak, nikelak eta hiru hauen aleazioek dute. Aluminioa edo kobrea bezalako metalak ezin dute burdina erakarri.

Imanetan bi zati desberdindu daitezke: Hego poloa eta Ipar poloa.Polo hauen intentsitatea edo erakarpen indarra handiagoa da muturretan erdialdean baino. Imanek burdina erakartzen gain beste iman batzuk erakarri edo aldaratu ditzake poloaren arabera. Zeinu bereko poloak aldaratu egingo dira, aurkakoak ordea erakarri egiten dira.

Imanetan bi zati desberdindu arren ezin dira banandu. Imanak beti ditu bi polo. Erditik erdibituta ere beti bi polo izango ditu. Polobakarreko imanak oso urriak dira, lurrean adibidez ezin dezakegu bat bera ere aurkitu.

OERSTED-en Saiakuntza

1820ean Oerstedek bere aurkikuntza argitzera eman zuen: Korronte elektriko batek iparrorratzaren orratz imantatua desbideratu dezake. Aurkikuntza onekin elektrizitatea eta magnetismoaren fenomenoa batera aztertzea ekarri zuen.

Eremu magnetikoa

Eremu magnetikoa, iman batek edo korronte elektrikoak betak bere inguruko espazioan sortzen duen perturbazioa da. Perturbazio hori B letraz adierazten da. B bektore honen ezaugarriak ondorengoak dira:

1.-Norabidea:Edozein norabide har dezake baina abiaduraren norabidea hartuz gero ez da indar magnetikorik egongo.

2.-Norantza: Norantza kalkulatzeko ezker-eskuko araua erabiltzen da. Hatz lodia abiaduraren norantzan jartzen da eta beste hatzek norantza azaltzen dute. Arau honek karga positiboetarako balio du, negatiboetan aurkakoa da.

3.-Modulua:

B = F / (q v sin α)

SI-ean unitatea Tesla (T) da.Erabiltzen den beste unitate bat Gauss = 10^-4 T

EREMU MAGNETIKOAREN ADIERAZPIDE GRAFIKOA

Eremu magnetikoa nolakoa den azaltzeko indukzio magnetikoaren lerroak erabiltzen dira. Lerro hauek beste hainbestek bezala baldintza batzuk betetzen dituzte:

-Indukzio-lerroak indukzio magnetiko bektorearen, B, tangentearen ukitzaileak dira eta lerroen norantza berbera dute.

-Indukzio magnetikoaren dentsitatea eskualdeko moduluaren proportzionala da, hau da, Indukzio-lerroak bilduagoak diren gunean eremu magnetikoa bortitzagoa da.

-Indukzio-lerroak lerro itxiak dira, hau da, ez dute ez amaierarik ezta bukaerarik. Imanaren kasuan, adibidez, indukzio-lerroak ipar polotik irtengo lirateke hego polotik sartzeko.

-Indukzio- lerroak ez dute indar magnetikoaren norabidea adierazten indar horiek B bektorearen perpendikularrak direlako.

HIGITZEN ARI DEN KARGAREN GAINEKO INDARRA: LORENTZ-en INDARRA

Lorentz-en indarraren arabera eremu magnetiko karga elektrikoari eginiko indarra ondorengo formulak azaltzen du:

F = q ( v x B)

Honen arabera karga geldirik badago eta eremua abiaduraren norabide bera badu ez da indarrik egongo

Indar honen ezaugarriak ondorengoak dira:

Modulua: F = q v sin α

Norabidea: VxB biderkaduraren menpe dago:

-Bere norabidea bi bektoreei perpendikularra izango da,

beraz indar magnetikoak ez du lanik burutuko

- Indarrak ezingo du abiaduraren modulua aldatu berari perpendikularra dela, norabidea berriz alda dezake kargaren ibilbidea aldatuz.

Hau honela izanik karga bat eremu magnetiko bati perpendikularra den norabide batean joanik eremuak kargari birarazi egingo lioke abiaduran murrizdurarik eduki gabe. Beraz:

M_agnetikoa = Z_entripetoa = m.v² / R = q.v.B ⇒ R = (m.v) / (q.B)

LORENTZ-en LEGEAREN APLIKAZIOAK

Masa-Espektrometroa: Tresna honen asmatzailea F. W. Aston izan zen, bere asmakuntzari esker elementuen isotopoak desberdindu daitezke.

Bere funtzionamendua erraza da. Isotopoak ionizazio-ganbaran sartzen dira ioi bihurtzeko. Ioi horiek azeleratu egiten dira potentzial diferentzial batekin eta eremu magnetiko batera eramaten dira denak abiadura berarekin. Hala ere, eremu magnetikora iristen isotopoen masa desberdina denez bakoitzak erradio desberdineko orbita bat eratuko du eta horri esker isotopoak desberdindu ahalko dira.

Ziklotroia: Bere asmatzailea Lawrence izan zen. Tresna honi esker protoiak eta deuteroiak abiadura handietara azeleratu daitezke. Medikuntzan abiadura horiek material erradiaktiboak ekoizteko erabiltzen dira.

Ziklotroia D itxurako bi eremu magnetiko perpendikularrez osatua dago. Bi eremu hauek tarte txiki batek banatzen ditu non eremu elektrikoa aldakor batek eragiten duen. Eremu elektrikoa polarizazioz aldatzen da. Beraz protoi edo deuteroi bat bi eremu magnetikoen artean jartzen eremu elektrikoa abiadura bat emango dio eremu magnetiko batera eramango duena. Eremu hortan biratu egingo du eremu elektrikora berriz iritsiz. Abiadura bera izango du baina eremura heltzean polarizazioa aurkakoa izango da eremu elektrikoan eta horrek protoia edo deuteroia mugiaraziko du beraien abiadura handituz. Polarizazio aldaketa horrek beste eremu magnetikora eramango du. Bertan biratu egingo du abiadura mantenduz eta berriz ere eremu elektrikora prozesua errepikatuz eta abiadura gehiago lortuz azkenean abiadura maximoa lortu arte.

Korronte paraleleoen arteko indarrak

Bi korronte paraleloen arteko indarrak aztertu zituen lehen fisikaria Ampere izan zen. Bere azterketek ondori batera eraman zuten. Korronte elektrikoak norantza berekoak badira erakarri egiten dira. Ezker-eskuko araua erabiliz frogatu daiteke. Hatz lodia intentsitatearen norantzan jartzean eremu magnetikoaren norantza azalduko dizu eta horrek aldi berean indarraren norantza emango dizu.

Korronte elektrikoak aurkako norantza badute aldaratu egiten dira. Hau ere frogatu daiteke aurreko prozesua errepikatuz.

Ondorio hauetara helduta formula ateratzea erraza da

B₁= μ₀ I₁ / (2.π.d)

B₂ = μ₀ I₂ / (2.π.d) F= (.I₁.I₂.l ) / (2.π.d)
F=ΙLΙ×ΙBΙ sin α

Ampere bat, honako baldintzak betetzen dituzten bi eroale zuzen paralelo eta mugagabeetatik zirkulatzen ari den korronte-intentsitatea da: Bi eroaleak metro batera daude elkarrengandik eta bi eroaleek elkarri egiten dioten indarra 2 10^-7 N da luzera metro bakoitzeko.

FLUXU MAGNETIKOA

Gainazal bat zeharkatzen duen indukzio-lerroen kopuruei fluxu magnetikoa deritzo. Fluxu magnetikoa azalerari perpendikularra den S bektorearen eta eremu magnetikoaren bektorearen arteko biderkadura eskalarra da:

Φ = B.S= B . S .cos α

Sistema internazionalean unitatea: Weber (Wb) da

Eremua uniformea eta gainazala laua bada goian azaldutako formula erabiltzen da. Hala ere, badira uniformeak ez diren eremuak edo lauak ez diren gainazalak. Gainazal ez-lauaren kasuan gainazala lauak izango liratekeen zatitan bananduko genuke, hau da, azaleraren deribatua egingo genuke.

Eremu aldakorra denean denborarekiko duen aldaketa aztertzen da, hau da, B eremua denborarekiko deribatu behar da.

Beraz eremu aldakorrekin eta gainazal ez-lauekin erabili beharreko formula ondorengoa da:

Φ= ʃ_s dΦ

FARADAY-ren SAIAKUNTZAK

Oersted-ek korronte elektrikotik eremu magnetiko bat sortzen duela frogatu zuenetik, hainbat fisikarik alderantzizko prozesua lortzen saiatu dira. Eremu magnetikoa korronte elektriko bihurtu zuen lehena Faraday izan zen.

1831 ean hari eroalez eginiko bobina bat galbanometro batera konektatzea otu zitzaion bobinatik iman bat sartu irtenean dabilen bitartean. Bere emaitzak Harrigarriak izan ziren:

-Imana bobinara hurbiltzean harian korronte induzitu bat agertzen da.

-Imana bobinatik urruntzean berriro ere korronte induzitua agertzen da baina kasu honetan korrontearen norantza aurkakoa da.

-Imana geldi dagoen bitartean ez zuen korronterik lortu.

Emaitzak berberak ziren bobinak mugitzen eta imana geldi mantenduta.

Bere saiakuntzaren ondoren korronte induzituaren intentsitatea hari kopuru, eremuaren intentsitatea eta higitzen ari denaren abiaduraren menpekoa zela esan zuen. Farady-ren ustez, korronte induzitu bat sortzeko zirkuitua zeharkatzen duten indukzio-lerroen kopurua aldatu beharra dago, hau da, fluxu aldaketa bat egon behar da.

Bere ondorioetatik lege bat atera zuen:

FARADAY-ren LEGEA

Zirkuitu bateko indar elektroeragile induzitua, zirkuitu horretako fluxu magnetikoaren aldaketaren zuzenki proportzionala da:

ε = - dΦ / dt

ε =-∆Φ /∆t

LENZ-en LEGEA

Lenz-ek 1834ean korronte induzituaren norantza determinatzeko bidea aurkitu zuen. Bere ikerketen ondoren konturatu zen induzituriko korrontearen norantza korrontea sortzen duen eremuaren aurkakoa da. Beraz iman bat espira batera hurbiltzen korronteak norantza bat izango du, urruntzean berriz aurakakoa.

Norantza ateratzeko eskuin eskuaren legea erabili behar da. Hatz lodia imanaren norantzaren aurkara jarri behar da eta beste hatzek norantza determinatuko dute.

Lenz-en legea energiaren kontserbazio legean dago oinarrituta. Iman bat espira batean sartzen espiran sorturiko korrontea kausaren aurkakoa da. Aldekoa balitz korronteak sortzeko behar den energia ezerezetik agertuko fisikaren oinarrizko lege bat haurka joz.

INDUKZIO ELEKTROMAGNETIKOAREN APLIKAZIOAK

Energi moten arteko transformazioak lortzeko, sorgailu eta hargailu elektrikoak erabiltzen ditugu.

Sorgailuek edozein energi mota energia elektrikoa bihurtzeko erabiltzen da. Sorgailuen artean bi desberdin aurkitu ditzakegu: alternadorea eta dinamoa.

ALTERNADOREA

Energia zinetikoa energia elektrikoa bihurtzen du. Sortzen duen elektrizitate mota alternoa da.

Alternadorearen funtzionamendua erraza da. Bi imanek sortzen duten eremu magnetikoaren tartean espira bat jartzen da. Espira hori biraraziz espiran korronte induzitu bat sortuko da azalera denborarekin aldatzean. Faraday-ren legean oinarrituta fluxu aldaketa bat egotean korronte bat induzituko da:

Φ = B.S.cos ωt

ε = - dΦ / dt = B.S.sin ωt

Lortuko den elektrizitateak periodo bat jarraituko du bere polarizazioa aldatuz horrela elektrizitate alternoa eratuz.

Espiraren bi muturrak kanpo-zirkuitu batera konektatuz elektrizitatea gure etxeetara eramatea lortuko dugu.

DINAMOA

Dinamoaren funtzionamendua alternadorearen bera da, baina kasu honetan lortutako elektrizitate mota zuzena da. Espiaren puntan bi eraztun-erdi jarriz polaritatearen aldaketa bukatuko da korronte zuzena lortuz.

Hargailuen funtzioa sorgailuen aurkakoa da, energia elektrikoa beste energia batzuetan bihurtzen ditu. Sorgailuen arten motorea aurkitu dezakegu.

MOTOREA

Eremu magnetiko baten tartean espira bat jartzen dugu. Bertatik korronte bat pasatzean espiran biratzen hasiko da eremu magnetikoak espiran eragiten dion indarragatik.