Coulomb-en Legea eta Elektromagnetismoaren Oinarriak

Coulomb-en Legea

Karga elektrikoa duten gorputzen artean agertzen den indar elektrikoa Coulomb fisikari frantsesak neurtu zuen, eta bere izeneko legea enuntziatu zuen: bi karga puntualen arteko erakarpen edo aldarapen-indarra bi kargen biderkaduraren zuzenki proportzionala da, eta beraien arteko distantziaren karratuaren alderantzizko proportzionala.

Indar Elektrikoen Ezaugarriak

• Modulua: Coulomb-en legeak adierazten duena.
• Norabidea: Kargak biltzen dituen lerro zuzenarena.
• Urrutiko indarrak dira, kargen artean kontakturik egon gabe agertzen direnak.
• Ez da ingurune materialik behar kargek indarrak eragin ditzaten.
• Indarrek modulo eta norabide berak dituzte, baina elkarren aurkako noranzkoak (akzio-erreakzio indarrak).
• Gainezarmen printzipioa betetzen dute: hiru karga elektriko edo gehiago daudenean, karga bakoitzaren gaineko indar erresultantea beste karga guztiek egiten dizkioten indarren batura bektoriala da.
• Noranzkoa: Elkarrekintzan parte hartzen duten kargen zeinuen araberakoa (zeinu bereko kargen artean aldarapen indarrak, aurkako zeinukoen artean erakarpen indarrak).

Eremu Elektrikoa

Gorputz kargatu batek karga elektrikoa edukitzeagatik bere inguruko espazioan sortzen duen perturbazioari eremu elektrikoa deritzo. Espazioko zonalde horretan beste karga elektriko bat kokatzen denean, indar elektriko bat agertuko da bere gainean.

Eremu Elektrikoaren Intentsitatea

Eremu elektrikoa definitzeko, eremuaren intentsitate magnitudea definitzen dugu, eremuaren puntu bakoitzean balio desberdin bat hartzen duena. Espazioko puntu bateko eremu elektrikoaren intentsitatea puntu horretan karga positiboaren unitatea jarriz gero, karga horrek jasango lukeen indarra da. Q karga batek P puntu batean sortzen duen intentsitatearen balioa kalkulatzeko, puntu horretan beste karga bat (q) kokatu eta indarraren eta kargaren arteko zatidura egin behar da. Karga horren gaineko indarra Coulomb-en legeak ematen digu.

Eremu Lerroak

Espazioko eskualde batean dagoen eremu elektrikoa grafikoki adierazteko, indar lerroak erabiltzen dira. Indar lerroak espazio horretan kokatutako karga positibo batek jarraituko lituzkeen ibilbideak dira. Puntu bateko eremuaren intentsitate bektorea (E) puntu horretatik pasatzen den eremu lerroarekiko ukitzailea da beti. Karga puntual (edo esferikoa) batek sortzen dituen eremu-lerroak erradialak dira. Karga positiboa denean, lerroak kargatik ateratzen dira; karga negatiboa bada, lerroak kargan sartzen dira.

Eremu Magnetiko Uniforme Baten Barrualdean Eragindako Indar Magnetikoa

Higitzen ari den karga puntual baten gainean

Eremu elektriko batean karga bat kokatuz gero, indar elektriko bat agertzen da partikula kargatu horren gainean. Eremu magnetiko batean, berriz, ez da gauza bera gertatzen. Esperimentalki froga daiteke eremu magnetiko baten barruan geldirik dagoen karga batek ez duela indarrik jasaten. Karga higitzen bada, ordea, kargaren norabidean aldaketa garbia gertatzen da, eta Newtonen bigarren legean oinarrituta, partikula horren gainean indar batek eragiten duela ondorioztatu behar da. Indar magnetiko horren propietateak:

• Abiadura eremuaren paraleloa denean, indarra nulua da.
• Indarra maximoa da abiadura eta eremua perpendikularrak direnean.
• Kargaren balioaren (q), abiaduraren eta eremuaren intentsitatearen zuzenki proportzionala da.
• Abiadurarekiko eta eremuaren intentsitatearekiko perpendikularra da.
• Indarrari Lorentz-en indarra deritzogu.

Lorentz-en Indarraren Ezaugarriak

• Modulua: F = q * v * B * sin(α) (α: v eta B bektoreek osatzen duten angelua).
• Norabidea: Partikulen abiadura eta indukzio magnetikoak osatzen duten planoarekiko perpendikularra.
• Noranzkoa: Torlojuaren erregelaren araberakoa (v-tik B-ra biderik laburrenetik biratzean torlojuaren higiduraren noranzkoa). q karga positibo bat eremu magnetiko uniforme batean sartzen bada eremuarekiko perpendikularra den abiaduraz, Lorentz-en indarrak higidura zirkular uniformea burutzera behartuko du. Zirkunferentziaren R erradioa B indukzio magnetikoarekin eta kargaren v abiadurarekin erlaziona daiteke.

Korronte elektrikoaren eroale lineal baten gainean

Korronte elementu bat higitzen ari diren kargen multzoa da. Elementu hori eremu magnetiko baten barruan dagoenean, indar bat jasaten du; eremu magnetikoak korrontea osatzen duten kargei egindako Lorentz-en indar guztien erresultantea da indar hori.

Oersted-en Esperimentua

Mugitzen diren karga elektrikoek eremu magnetikoa sortzen dute. Iparrorratz bat korrontea daraman hari eroale bati hurbilduz gero, iparrorratza hariarekiko perpendikularra den norabidean jarriko da. Oersted daniarrak 1819an egin zuen saio honekin, elektrizitatea eta magnetismoaren arteko lotura frogatu zuen lehen aldiz. Ondorioa: mugitzen diren karga elektrikoek inguruan eremu elektrikoa eta eremu magnetikoa sortzen dute, korronte elektrikoarekiko norabide perpendikularrean.

Biot-Savart-en Legea

Lege honek korronteek sortutako eremu magnetikoa zehazten du. I korrontea daraman elementu infitinesimal batek sortzen duen eremu magnetikoa. Kasu bakoitzean korronteak sortutako eremu magnetikoa kalkulatzeko, horren integrala kalkulatu behar da.

Korronte zuzen eta infinitua

(hacer dibujo) Irudian I korronte batek a distantziara dagoen puntu  batean sortutako eremu magnetikoa adierazten da,  puntu horretatik pasatzen den eremu lerroa eta B marraztuta daudelarik. Eremu lerroak zirkularrak dira eta hariarekiko perpendikularrak. Eremu magnetikoa Biot-Savart-em legetik abiatuta kalkulatzen da, modulurako horrelako adierazpena lortuz. - Eremu magnetikoaren modulua, edozein puntutan, intentsitatearekiko (I) zuzenki proportzionala da eta puntua eta eroalearen artean dagoen distantziarekiko (a) alderantzizko proportzionala. - Eremuaren norabidea eroalearekiko perpendikularra da. Irudian ikusten denez, B bektorea hariareko perpendikularra den plano batean dago kokatuta, eremu lerroarekiko tangentea izanik. - Bere noranzkoa torlojuaren arauaz edo eskuin eskuaren arauaz zehazten da.

b) Korronte zirkularra Korronte zirkularra espira bat da eta bere zentroan agertzen den eremu magnetikoa kalkulatzeko berriro ere Biot-Savart-en legea erabiliko dugu. Integralaren emaitzak, kasu onetan, orrelako balioa ematen digu eremuaren modulurako. - Eremu magnetikoaren modulua, edozein puntutan, intentsitatearekiko (I) zuzenki
proportzionala da eta espiraren erradioarekiko (R) alderantzizko proportzionala. - Eremuaren norabidea espiraren planoarekiko perpendikularra da. - Bere noranzkoa torlojuaren edo sakakortxoaren arauaz zeazten da.