Karga elektriko

Karga elektrikoa materiaren propietate fisiko bat da. Elektrikoki kargatutako partikulek eremu elektromagnetiko batean erakarpen edo aldarapen indarra jasaten dute. Halaber, elektrikoki kargatutako materiak eremu elektromagnetikoak sortzen ditu. Partikula kargatuen arteko edo partikula kargatuen eta eremu magnetikoen arteko elkarrekintzari elkarrekintza elektromagnetikoa deritzo, eta funtsezko lau indarretako (edo elkarrekintzetako) bat.

Karga elektriko
Cargas electricas.png
Formula
Formulako ikurra, eta
Ohiko ikurra eta
Neurtzeko unitateaCoulomb
Dimentsioa
Kargen ezberdintasunak efektu triboelektrikoa sortzen du ilean.

Karga elektrikoaren ezaugarri bat, edozein prozesu fisikotan, sistema itxi baten barruan karga osoa mantendu egiten dela da. Hau da, karga positibo eta karga negatiboen batura algebraikoa ez da denborarekin aldatzen.

Robert Millikanek azaldu bezala, karga elektrikoa mugatua da. Elektroiek balioko oinarrizko karga dute, sinboloaz idazten dena; protoiek, edo ; eta quarkek , eta , baina ez dira aske aurkitu naturan.

Karga elektrikoa magnitude fisikoa denez, hainbat unitate daude neurtzeko. Nazioarteko Unitate Sistemaren unitatea coulomb izenekoa da () eta ampere bateko intentsitate elektrikoko korrontean segundo batean igarotzen den karga elektrikoa da. Hain zuzen, oinarrizko kargak, protoiaren karga elektrikoak alegia, balio hau du:

Bestalde, cgs sisteman statcoulomba izeneko unitatea erabiltzen da.

Ikuspegi orokorraAldatu

Karga, materiaren oinarrizko propietatea da, honek erakarpen edo aldarapen elektrostatikoa erakusten du beste materia kargatu baten presentzian. Karga elektrikoa partikula azpiatomiko askoren propietate bereizgarria da. Partikula askeen kargak oinarrizko kargaren (e) multiplo osoak dira; karga elektrikoa kuantifikatuta dagoela esaten dugu. Michael Faraday, bere elektrolisiaren esperimentuetan, karga elektrikoaren izaera diskretuaz ohartzen lehena izan zen. Robert Millikanen olio tantaren esperimentuak gertakari hau zuzenean frogatu zuen eta oinarrizko karga neurtu zuen. Partikula mota batek, quarkak, -⅓ edo +⅔ eko karga izan dezakeela aurkitu da, baina quark askeak ez dira inoiz ikusi.

Elektroi baten karga negatiboa (-e) eta protoiarena positiboa (+e) dela hitzartuta dago. Zeinu bereko kargak dituzten kargaturiko partikulek elkar aldaratzen dute eta zeinu desberdinekoak, aldiz, erakarri. Coulomb-en legeak bi partikularen arteko indar elektrostatikoa kuantifikatzen du, indarra  haien kargen produktuaren proportzionala dela eta haien arteko distantziaren karratuaren alderantziz proportzionala dela baieztatuz.

Antipartikula baten karga dagokion partikularen berdina da, baina kontrako zeinuarekin. Objektu makroskopiko baten karga elektrikoa berau osatzen duten partikulen karga elektrikoen batura da. Karga hori txikia izan ohi da, materia atomoz osatua dagoelako eta orokorrean atomoek protoi eta elektroi kopuru berdina izaten dutelako. Kasu honetan karga totala nulua izango da atomoa neutro bihurtuz.

Ioi bat, elektroi bat edo gehiago galdu edo irabazi dituen atomoa (edo atomo multzo bat) da, galdu egiten dituen kasuan karga totala positiboa izango da (katioia) eta irabazten dituenean, aldiz, negatiboa (anioia). Ioi monoatomikoak atomo bakarraz daude osatuta, ioi poliatomikoak, aldiz, elkar lotuta dauden bi atomo edo gehiagoz, kasu bakoitzean karga total positibo edo negatiboa duen ioi bat emanez.

Objektu makroskopikoen formatze prozesuan, atomo osagaiak eta ioiak konbinatu egiten dira; atomo neutroekin elektrikoki lotzen diren konposatu ioniko neutroez osatutako egiturak osatzeko. Beraz, objektu makroskopikoek neutroak izateko joera dute orokorrean, baina hauek oso gutxitan izan ohi dira erabat neutroak.

Batzuetan objektu makroskopikoek materialean zehar banatutako ioiak izaten dituzte, objektuari karga total positibo edo negatiboa emanez.

Halaber, elementu eroaleekin egindako objektu makroskopikoek erraztasun gehiago edo gutxiagorekin (elementuaren arabera) har edo eman ditzakete elektroiak, eta ondoren karga total  negatibo edo positiboa manten dezakete era mugagabean. Objektu baten karga elektriko totala ez nulua eta higiezina denean, elektrizitate estatikoa dugula esaten da. Hau erraz sor daiteke bi material desberdin igurtziz, hala nola, anbarra ilajearekin edo beira zetarekin. Modu honetan, material ez-eroaleak maila esanguratsuan karga daitezke, positiboki edo negatiboki. Material batetik hartutako karga beste materialera eramaten da, magnitude bereko kontrako karga atzean utziz. Kargaren kontserbazioaren legea beti aplikatzen da: karga negatiboa hartzen duen objektuari magnitude bereko karga positiboa utziz eta alderantziz. Objektu baten karga osoa nulua izan arren, karga objektuan zehar era ez uniformean banatuta egon daiteke (adibidez, kanpo eremu elektromagnetiko baten eraginez edo molekula polar lotuengatik). Horrelakoetan, objektua polarizatuta dagoela esaten da. Polarizazioaren eraginez sortutako karga, karga lotua izenarekin ezagutzen da; eta kanpotik irabazi edo galdutako elektroiek sortutako kargari karga askea deritzo.

Norabide zehatz batean metal eroaleetan zeharreko elektroien mugimendua korronte elektrikoa da.

Kargaren naturaAldatu

Karga elektrikoa materiaren propietate intrintsekoa da, bi modutan azaltzen dena. Modu horiek Benjamin Franklinek deitu zituen moduan jarraitzen dute: karga positibo eta negatiboak[1]. Mota bereko kargek elkar aldaratzen dute, eta mota ezberdinekoak erakarri. Teoria kuantiko erlatibistaren etorrerarekin, partikulek karga elektrikoaz gain (nulua izanda edo ez), momentu magnetiko intrintseko bat dutela frogatu zen, spin deiturikoa, mekanika kuantikoari erlatibitate bereziaren teoria aplikatzearen ondorioz.

Oinarrizko karga elektrikoaAldatu

Fisikaren gaur egungo ikerketek adierazten dutenez, karga elektrikoa propietate kuantizatua da. Kargaren oinarrizko unitatea elektroiarena da,  , eta oinarrizko karga izenaz ezagutzen da[2]. Gorputz baten karga elektrikoaren balioa,   edo   sinobolez adierazten, eta objektuak dituen gehiegizko elektroien edo horienen gabeziaren kopuruaren arabera neurtzen da[3].

Propietate hori kargaren kuantizazio moduan ezagutzen da eta oinarrizko balioa bat dator elektroiak duen karga elektrikoaren balioarekin, e moduan adierazten dena. Fisikoki existitzen den edozein   karga,  moduan idatz daiteke,   zenbaki osoa izanda, positibo zein negatiboa.

Konbentzioz elektroiaren karga   moduan adierazten da; protoiarena,  ; eta neutroiarena,  . Partikulen fisikak aldarrikatzen du quarken kargak, protoiak eta neutroiak osatzen dituzten partikulak, karga elemental honen balio frakzionarioak hartzen dituztela. Hala ere, inoiz ez dira quark askeak ikusi, eta beraien kargen balioak osotasunean   batzen dute protoiaren kasuan, eta   neutroiaren kasuan[4].

Karga magnitude kuantizatua izatearen erabateko azalpenik ez badago ere, karga elementalaren multiplo bezala bakarrik ager daiteke. Zenbait ideia proposatu dira:

  • Paul Dirac-ek adierazi zuen monopolo magnetiko bat existitzen bada, karga elektrikoa kuantizatua egon beharko dela.
  • Kaluza-Klein teoriaren testuinguruan, Oskar Kleinek deduzitu zuen kargaren kuantizazioa.

Nazioarteko Unitateen Sisteman karga elektrikoaren unitateak Coulomb izena du (  sinboloa) eta bere definizioa honako hau da:  -eko distantziara dagoen beste karga berdin batean  -eko indarra eragiten duen karga-kantitatea.

Coulomb baten karga elektrikoa  elektroiren kargari dagokie[5]. Elektroiaren kargaren balioa Robert Andrews Millikan-ek zehaztu zuen 1910 eta 1917 urteen artean. Gaur egun, Nazioarteko Sisteman duen balioa honako hau da, argitaratutako CODATAren konstanteen azken zerrendaren arabera[2]:

 
Bestalde, coulomb unitatea oso handia izanik, aplikazio batzuetan ez da erabilgarria, eta beraren azpimultiplo hauek erabiltzen dira askotan:
  • milicoulomb.  
  • mikrocoulomba.  

Sarritan CGS sistema ere erabiltzen da, non karga elektrikoaren unitatea franklin izenekoa den (  sinboloa). Oinarrizko kargaren balioa  ingurukoa da.

Karga elektrikoa gorputzetanAldatu

Elektrikoki neutroa den gorputz batek karga elektrikoak irabazi edo galtzea eragiten duen efektuari elektrizazioa deritzo. Gorputzen karga elektrikoa aldatzeko hainbat modu daude, eta honako hauek dira:

  1. Kontaktu bidezko elektrizazioa. Karga elektriko jakin bat duen gorputz bat eroale batekin kontaktuan jartzean, karga-transferentzia bat gerta daiteke gorputz horretatik eroalera. Horrela, eroalea kargatuta geratuko da: positiboki, elektroiak eman baditu, eta negatiboki, elektroiak irabazi baditu.
  2. Marruskadura bidezko elektrizazioa. Isolatzaile bat material mota jakin batzuekin igurztean, elektroi batzuk transferitzen dira beraien artean. Banantzen direnean, gorputz biak aurkako kargekin kargatuta geratzen dira.
  3. Indukzio bidezko karga. Negatiboki kargatuta dagoen gorputz bat isolatuta dagoen eroale batera hurbiltzean, elektroiak gorputz kargatutik urrunen dagoen eroaleko zatira desplazatzea eragingo du, kargatutako gorputza eta eroalearen gainazaleko elektroien arteko aldarapen-indarren ondorioz. Aldiz, gorputz kargatutik hurbilen dagoen eroaleko zatia karga positiboarekin geratuko da eta gorputz kargatuaren eta eroalearen zati hurbilenaren artean erakarpen-indar bat agertuko da. Hala ere, eroalearen karga netoa nulua izango da (neutroa).
  4. Efektu fotoelektrikoaren bidezko karga. Eroale bat argia edo beste erradiazio elektromagnetiko batekin irradiatzean, eroalearen gainazalean elektroiak askatzen direnean gertatzen da.
  5. Elektrolisi bidezko karga. Korronte elektriko zuzen batek eragindako substantzia baten deskonposizio kimikoa da.
  6. Efektu termoelektrikoaren bidezko karga. Beroaren akzioaren bidez elektrizitatea sortzen denean.

UnitateakAldatu

SI-ko karga elektrikoaren unitatea Coulomb-a da (ikurra:C). Coulomb-a ondorengo eran definitzen da: eroale elektriko baten zeharkako sekziotik pasatzen den karga kantitateak daraman amperea segundoko. Unitate hau 1946an proposatua izan zen eta 1948an berretsia. q ikurra elektrizitate edo karga kantitatea adierazteko erabili ohi da. Karga elektrikoaren kantitatea zuzenean neur daiteke elektrometroaren bidez edo zeharka galvanometro balistiko batekin.

Karga kopurua elektroi baten (oinarrizko karga) oinarrizko konstante gisa dago definitua SI-an (2019ko maiatzaren 20az geroztik). Oinarrizko kargaren balioa, SI-ko karga elektrikoaren unitatean adierazita 1,602176634×10−19 C da zehazki.[6]

Kargaren izaera kuantifikatua aurkitu ondoren, 1891n George Stoney-k “elektroi” unitatea proposatu zuen karga elektrikoaren oinarrizko unitatea adierazteko. Hau JJ Thomsonek partikula aurkitu (1897) aurretik izan zen. Gaur egun, oinarrizko karga edo, besterik gabe, “e” esaten zaio. Kargaren neurria oinarrizko kargaren (e) multiplo bat izan behar da, nahiz eta badirudien eskala handietan kargak kantitate erreal gisa jokatzen duela. Zenbait testuingurutan esanguratsua da kargaren zatikiaz hitz egitea; adibidez kondentsadore baten kargatzean edo Hall efektu kuantiko zatikatuan.

Faraday unitatea batzuetan elektrokimikan erabiltzen da. Kargaren faraday bat, elektroi mol baten kargaren magnitudea da, hau da, 96485.33289 (59) C.[7] SI ez den unitate sistemetan (adibidez cgs-an) karga elektrikoa oinarrizko hiru kantitatetan adierazten da (luzera, masa eta denbora) SI-an ez bezala. Azken honetan lau kantitate erabiltzen dira: luzera, masa, denbora eta korronte elektrikoa.[8][9]

HistoriaAldatu

Antzinatik, jendeak lau fenomeno mota ezagutzen zituen. Gaur egun karga elektrikoaren kontzeptuaz azaltzen direnak: (a) tximista, (b) torpedo arraina (edo arraia elektrikoa), (c) San Telmo sua, eta (d) ilajeaz igurtzitako anbarrak objektu txiki, arinak erakartzen dituela.

Anbar efektuaren berri lehenengoz Miletoko Thalesek izan zuela esaten da askotan. Thales, antzinako Greziako matematikaria, K.a 624tik k.a 546. urtera bizi izan zen, baina ez dago argi Thalesek anbarrari buruzko idatzirik utzi zuenik[10]. Anbarrari buruzko ebidentzia III. mendearen hasierako idazki batetik ezagutzen da. Idazki honetan ikus daiteke anbarraren efektuaren berri bazutela gutxienez K.a 600. urtea baino lehen, baina Thalesek azaltzen zuen objektu bizigabeek arima zuten froga zela fenomeno hau. Beste modu batera esanda, ez zegoen karga elektrikoari buruzko inolako arrastorik. Oro har, antzinako greziarrek ez zituzten ulertzen lau fenomeno mota horien arteko loturak. Greziarrek ikusi zuten kargatutako anbar botoiek ilea bezalako objektu arinak erakar zitzaketela.  Are gehiago, aurkitu zuten anbarra nahikoa denboran igurtziz gero, txinparta elektrikoa ager zitekeela; aitzitik, ez dago garbi txinparta elektrikoaren aipamenik egon zenik XVII. mendearen bukaerara arte[11]. Propietate hori efektu triboelektrikotik dator. XII. mendearen amaieran, azabatxeak, ikatz forma trinkotuak alegia, anbar efektua erakusten zuela adierazi zen[12] eta XVI. mendearen erdialdean, Girolamo Fracastorok, diamanteak ere efektu hori erakusten zuela aurkitu zuen[12]. Fracastorok eta beste batzuek, batez ere Gerolamo Cardanok, ahaleginak egin zituzten fenomeno horren inguruko azalpena aurkitzeko.[12]

Antzinatetik kuantitatiboki aztertu izan diren astronomia, mekanika eta optikarekin alderatuta, fenomeno elektrikoen etengabeko ikerketa kualitatibo eta kuantitatiboen hasiera William Gilbert zientzialari ingelesak 1600. urtean idatzitako De Magnete liburuarekin hasi zen.[13] Liburu honetan, atal txiki bat zegoen, non Gilbertek anbar efektuari buruz hitz egiten zuen, lehenagoko teoria asko aipatuz,[12] eta latineko electrica hitza erabili zuen (ἤλεκτρον (ēlektron), greziar anbar hitza). Latinezko hitza ingelesera electrics gisa itzuli zen.[14] Gilberti electrical (elektriko) hitzaren egiletza ere eman zioten; aldiz, electricity (elektrizitate) hitza beranduago agertu zen Thomas Brownen eskutik; 1646. urtean Pseudodoxia Epidemica bere liburuan idatzi zuen hura.[15] (Xehetasun linguistiko gehiagorako ikus Elektrizitatearen etimologia). Gilbert-en hipotesiaren arabera, anbar efektu hori beste objektu batzuen gainean eragiten duen eflubio baten bidez azal liteke (objektu elektrikoetatik isurtzen den partikula-jario txikia, bere gorputza edo pisua gutxitu gabe). Jario elektriko materialaren ideia horrek eragina izan zuen XVII eta XVIII. mendeetan. Gainera ideia hori XVIII. mendean  "fluido elektriko"-ari (Dufay, Nollet, Franklin) eta "karga elektriko"-ari buruz garatutako ideien aurrekaria izan zen.[16]

1663 inguruan Otto von Guericke- k seguruenik lehenengo sorgailu elektrostatikoa zena asmatu zuen, baina ez zuen gailu elektriko gisa ezagutarazi eta oso esperimentu elektriko gutxi egin zituen harekin.[14] Europako beste aitzindari batzuen artean Robert Boyle aurki dezakegu, 1675ean fenomeno elektrikoei soilik eskainitako lehen liburua ingelesez argitaratu zuen zientzialaria.[16] Bere lana Gilbert-en ikerketen errepikapena izan zen neurri handi batean, baina beste "elektriko"[16] batzuk ere identifikatu zituen eta bi gorputzen arteko elkar erakarpena aztertu zuen. [16]

1729an Stephen Gray astronomo ingelesa elektrizitate estatikoarekin esperimentatzen ari zen; kristalezko hodi baten bidez sortzen zuen hura. Orduan ohartu zen kortxo bat, hodia hautsetik eta hezetasunetik babesteko erabiltzen zena, elektrifikatu (kargatu) egiten zela.  Halaber, beste esperimentu batzuetan (adibidez, kortxoa makil meheak sartuz luzatzea) erakutsi zuen —lehen aldiz— eflubio elektrikoak (Gray-k deitu zituen moduan) distantzia batean zehar transmititu(eroan) egin zitezkeela. Grayk karga hari (765 oin) eta alanbre (865 oin) bidez transmititzea lortu zuen.[16] Grayk material desberdinen garrantzia aurkitu zuen, eflubio elektrikoen eroapena erraztu edo oztopatu egiten baitzuten. John Theophilus Desaguilers-i, Gray-ren esperimentu asko errepikatu zituen zientzialariari, eroale eta isolatzaile terminoen egiletza eman zioten; hauek halaber esperimentuetan materialek zuten jarrera deskribatzeko balio dute[16]. Grayk indukzio elektrikoa ere aurkitu zuen (hau da, karga objektu batetik bestera inolako kontaktu fisikorik gabe transmititu ahal izatea). Adibidez, erakutsi zuen kargatutako beirazko hodi bati, hari batek mantentzen zuenari, berunezko puska bat hurbilduz, baina hodia ukitu gabe, beruna elektrifikatzea lor zitekeela (adibidez, letoizko limak erakarri eta uxatzeko).[16] Fenomeno hori eflubio elektrikoen ideiaren bidez azaltzen saiatu zen.[14]

Gray-ren aurkikuntzek aldaketa garrantzitsua eragin zuten karga elektrikoari buruzko ezagutzaren garapen historikoan. Eflubio elektrikoa objektu batetik bestera pasa ahal izateak propietate hau igurtzitako gorputzetan gertatzen denaren antzekoa dela ikusarazi zuen.[16]

1733an, Charles Fran'ois de Cisternay du Fay-k, Grayren lanetan oinarrituta, hainbat esperimentu egin zituen ( Mémoires de l ' Académie Royale des Sciences-en argitaratua-n idatziak ), eta erakutsi zuen ia sustantzia guztiak “elektrifikatzea” posible zela metalak eta jariakinak izan ezik[17]. Gainera, proposatu zuen bi elektrizitate mota zeudela non batak bestea deuseztatzen zuen. Honi bi jariakinen teoria deitu zion. Fay-k esan zuen beira zetaz igurzten zenean, beira beiradun elektrizitatez kargatzen zela eta anbarra ilajeaz igurzten zenean, berriz, erretxindutako elektrizitateaz. Aro garaikideko ulermenaren arabera, karga positiboa zetazko zapi batekin igurtzi ondoren kristalezko hagatxo baten karga bezala definitzen da, baina arbitrarioa da zein karga motari deitzen zaion positibo eta negatibo. Garai hartako bi fluidoen beste teoria[18] garrantzitsu bat Jean-Antoine Nollet-ek (1745) proposatu zuen.[14]

1745. urtera arte, elektrizitate erakarpenaren eta aldarapenaren azalpen nagusia elektrizatutako gorputzek eflubioa[19] eman zezaketen ideia izan zen. Benjamin Franklin- ek esperimentu elektrikoak hasi zituen 1746 amaieran[16], eta 1750. urterako elektrizitatearen fluido bakarreko teoria garatu zuen. Horretarako, oinarritu zen igurtzitako beira batek, beira hori igurzteko erabili den oihalaren karga bera baina kontrakoa jasotzen zuela ikusten zen esperimentuan[16][20]. Franklin-ek elektrizitatea materia guztietan zegoen fluido ikusezin mota gisa imajinatzen zuen; adibidez, uste zuen Leyden ontzi bateko kristala zela metatutako karga gordetzen zuena. Bere ustez, gainazal isolatzaileak igurtziz gero, fluido horrek kokapena aldatzen zuen eta fluido horren fluxuak korronte elektrikoa osatzen zuen. Halaber, planteatu zuen materiak fluido gehiegi izanez gero positiboki kargatuta egongo zela eta gutxiegi bazuen negatiboki.

Positibo terminoa elektrizitate beiratsuarekin lotu zuen eta negatiboa erretxindutako elektrizitatearekin. Hori guztia bere lankide Peter Collinson-engandik jasotako kristalezko hodi batekin esperimentu bat egin ondoren. Esperimentu honetan, A parte-hartzaileak kristalezko hodia kargatu zuen eta B parte-hartzaileak hodi hori ukitu behar zuen kalanbrea jasotzeko. Franklin-ek B partaidea positiboki kargatuta zegoela ikusi zuen kalanbrea jaso ondoren[21]. Zalantza dago ea William Watson independenteki fluido bakarreko azalpen berera iritsi ote zen garai hartan (1747). Watsonek, Franklin-ek Collinson-i idatzitako gutuna ikusi ondoren, 1747ko udaberrian Franklin-en azalpen bera aurkeztu zuela dio[22]. Franklin-ek Watson-en zenbait lan aztertu zituen bere esperimentuak eta analisiak egin aurretik, seguruenik esanguratsua izan zen Franklinen lanetan izan zuen eragina. Fisikari batek iradokitzen du Watsonek lehenik fluido bakarreko teoria proposatu zuela, eta geroago gehiago landu zuela.[23]

Zientziaren historialari batek dio Watsonek bere ideien eta Franklinen arteko ezberdintasun sotila ez zuela antzeman, beraz, Watsonek bere ideiak Franklinen antzekoak zirela pentsatu zuen eta hau ez da egokia.

Nolanahi ere, ez zegoen Watson eta Franklinen arteko adostasunik  eta 1747 urtearen hasieran garatutako Frankilnen eredu elektrikoa onartua izan zen jende askorengatik. Franklinen lanaren ondoren, eflubioetan oinarritutako azalpenak oso gutxitan ematen ziren.

Gaur egun jakina da Franklin eredua funtsean zuzena zela. Karga elektriko mota bakarra dago, eta aldagai bakarra behar da karga kopuruaren jarraipena egiteko.

1800. urtera arte karga elektrikoaren eroankortasuna deskarga elektrostatikoa erabiliz soilik aztertzen zen. 1800. urtean Alessandro Volta izan zen lehena karga bide itxi baten bidez etengabe mantendu zitekeela erakutsi zuena.[24]

1833an, Michael Faradayk frogatu nahi zuen edozein dela elektrizitatearen iturri, elektrizitatea beti bera zela. Hainbat forma ezagun eztabaidatu zituen, elektrizitate arrunta (adibidez, elektrizitate estatikoa, piezoelektrizitatea, indukzio magnetikoa ), elektrizitate voltaikoa (adibidez, pila voltaiko bateko korronte elektrikoa ) eta animalien elektrizitatea (adibidez, bioelektrizitatea) bezala definitu zituen.[25]

1838an, Faradayk indar elektrikoaren azalpen teoriko bat planteatu zuen, baina ez zuen adierazi honen iturri jariakin bat, bi edo bat ere ez zen. Bere arreta jarri zuen polarizagarritasunean[26]. Partikulen egoera normala polarizatu gabe egotea da eta polarizatzen direnean, berriz egoera ez polarizatura itzultzeko joera izaten dute.

Elektrodinamikaren inguruko teoria-ikuspegia garatzerakoan (1850eko hamarkadaren erdialdean hasita), James Clerk Maxwellek karga elektrikoa objektuetan pilatzen den sustantzia berezi gisa kontsideratzeari uzten dio, eta karga elektrikoa eremu elektrikoan energia eraldatzearen ondoriozko fenomenotzat ulertzen hasi zen. Kuantikaren aurreko ulermen horrek karga elektrikoaren magnitudea kantitate jarraitutzat jo zuen, baita maila mikroskopikoan ere.

Kargaren eragina elektrostatikanAldatu

Elektrizitate estatikoa objektu baten karga elektrikoari eta horri lotutako deskarga elektrostatikoari dagokio, orekan ez dauden bi objektu elkartzen direnean. Deskarga elektrostatiko batek objektu bakoitzaren kargaren aldaketa sortzen du.

Marruskaduraren bidez elektrifikatzea

Beira zati bat eta erretxin zati bat —bietako batek ere ez dute inolako propietate elektrikorik— elkarrekin igurtzi eta igurtzitako gainazalekin kontaktuan uzten direnean, oraindik ez dute propietate elektrikorik erakusten. Bananduta, elkar erakartzen dute.

Bigarren beira zati bat bigarren erretxin zati batekin igurtzi eta gero, bereizi eta esekitzen baditugu lehengo beira  eta erretxinetik gertu, honelako fenomeno hauek gertatzen dira:

  • Bi beira zatiek elkar aldaratzen dute.
  • Beira zati bakoitzak erretxin zati bakoitza erakartzen du.
  • Bi erretxin zatiek elkar aldaratzen dute.

Erakarpen eta uxatze hori fenomeno elektrikoa da, eta horiek erakusten dituzten gorputzak elektrizatuta edo kargatuta daudela esaten da. Gorputzak beste modu askotan elektrizatu daitezke, baita marruskaduraz ere. Bi beira zatien propietate elektrikoak elkarren antzekoak dira baina bi erretxin zatien aurkakoak: beirak erretxinak aldaratzen duena erakartzen du eta erretxinak erakartzen duena aldaratzen du.

Elektrifikatutako gorputz batek beira bezala jokatzen badu, hau da, beira aldaratu eta erretxina erakartzen badu, gorputza beiraz elektrifikatua dagoela esaten da eta, aldiz, beira erakarri eta erretxina aldaratzen badu, erretxinez elektrifikatuta dagoela esaten da.

Komunitate zientifikoan ezarritako hitzarmen batek beirazko elektrizitatea  positiboa dela deritzo, eta erretxinezko elektrifikazioa negatiboa. Bi elektrifikazio moten guztiz kontrako propietateek justifikatzen dute kontrako zeinuen bidez adieraztea, baina zeinu positiboa bietako zeini esleitzea guztiz halabeharrezkoa da; hitzarmenez erabaki baita. Era berean, halabeharrezkoa da diagrama matematikoetan eskuineranzko noranzkoa distantzia positibotzat hartzea.

Ezin da inolako indarrik ikusi, ez erakarpenik ez aldarapenik, gorputz elektrifikatuaren eta elektrizatu gabeko gorputz baten artean.

Kargaren eragina korronte elektrikoanAldatu

Korronte elektrikoa objektuetan zehar igarotzen den fluxu elektrikoa da, eta horrek ez du karga erresultantearen galera edo irabazirik sortzen. Karga eramailerik ohikoenak positiboki kargatutako protoia eta negatiboki kargatutako elektroia dira. Kargatutako partikula horietako edozeinen mugimenduak korronte elektrikoa osatzen du. Egoera askotan, nahikoa da korronte konbentzionalaz hitz egitea, ohiko korrontearen norabidean mugitzen diren karga positiboek edo kontrako noranzkoan mugitzen diren karga negatiboek eramaten duten korrontea kontuan hartu gabe. Ikuspuntu makroskopiko hau kontzeptu eta kalkulu elektromagnetikoak sinplifikatzen dituen hurbilketa da.

Kontrako muturrean, egoera mikroskopikoa aztertzen bada, korronte elektrikoa eramateko modu asko daudela ikusten da, besteak beste: elektroien fluxua; partikula positiboen moduan jokatzen duten elektroi- zuloen fluxua; eta disoluzio elektrolitiko edo plasma batean kontrako noranzkoetan isurtzen diren partikula negatiboak eta positiboak ( ioiak edo kargatutako beste partikula batzuk).

Kontuz ibili, hari metalikoen kasu arrunt eta garrantzitsuan, ohiko korrontearen norabidea benetako karga-eramaileen jito-abiaduraren aurkako noranzkokoa dela; hau da, elektroien kontrako noranzkokoa.. Hasi-berrientzako nahasgarri izan daiteke.

Karga elektrikoaren dentsitateaAldatu

Karga elektrikoaren dentsitatea luzera-, azalera- edo bolumen-unitateko karga elektrikoaren kantitatea da, hau da, lerro zuzen, gainazal edo espazioaren zati batean dagoena, hurrenez hurren. Beraz, hiru karga-dentsitate definitzen dira. Karga-dentsitate lineala lambda ( ) letra grekoarekin adierazten da, karga-dentsitate superfiziala sigma ( ) letrarekin eta karga-dentsitate bolumetrikoa rho ( ) letrarekin.

Karga-dentsitateak positiboak edo negatiboak izan daitezke. Hori ez da nahastu behar karga-eramaileen dentsitatearekin.

Karga elektrikoak kuantizatuak egon arren, eta beraz oinarrizko kargaren multiploekin, batzuetan gorputz batean karga elektrikoak oso hurbil daude beraien artean eta pentsa daiteke gorputzean zehar modu uniforme batean banatuta daudela. Gorputz horien ezaugarri nagusia da, jarraiak izango balira bezala behatu ahal izatea, eta horrek erraztu egiten du problemen azterketa.

Karga dentsitate linealaAldatu

Gorputz linealetan erabiltzen da; adibidez, harietan. Honelaxe definitzen da:

 
non   gorputzaren karga den eta  , luzera. Nazioarteko SI Sisteman coulomb metroko (edo colulomb zati metro) unitatean neurtzen da. Sinboloa  da.

Karga-dentsitate superfizialaAldatu

Gainazaletan erabiltzen da, xafla metaliko finetan bereziki (adibidez, aluminio-papera). Honelaxe definitzen da:

 
Formula horretan,   gorputzaren karga da, eta  , gainazalaren azalera. Nazioarteko SI Sisteman coulomb metro karratu (edo coulomb zati metro karratuko) unitatean neurtzen da. Sinboloa  da.

Karga dentsitate bolumetrikoaAldatu

Bolumena duten gorputzetarako erabiltzen da.

 
Hemen   gorputzaren karga da, eta  , bolumena. Nazioarteko SI Sisteman coulomb metro kubiko (edo coulomb zati metro kubiko) unitatean neurtzen da. Sinboloa  da.

Kargaren kontserbazioaAldatu

Sistema isolatu baten karga elektriko osoa konstante mantentzen da nahiz eta sistemaren barruan aldaketak egon. Lege hau fisikak ezagutzen dituen prozesu guztiei berezkoa zaio eta forma lokalean erator daiteke uhin-funtzioaren gauge-en aldaezintasuna aplikatuz. Kargaren kontserbazioak karga-korrontearen jarraitasun ekuazioa du emaitza. Halaber, karga dentsitatearen ρ aldaketaren abiadura bolumen V baten barruan da  J korronte dentsitatearen gaineko azalera integralaren berdina S = ∂ V, eta hau aldi berean, I korronte intentsitatearen berdina da.

 

Horrela, karga elektrikoaren kontserbazioak, jarraitasun ekuazioak adierazten duenez, honako emaitza hau ematen du:

 

ti eta tf denbora tartean eramandako karga bi aldeak integratuz lortzen da:

 

non I gainazal itxi bat zeharkatzen duen korrontea den eta q gainazal batek definitutako bolumen baten barruko karga elektrikoa den.

Aldaezintasun erlatibistaAldatu

Elektromagnetismoari buruzko artikuluetan deskribatutako propietateak alde batera utzita, karga aldaezin erlatibista da. Horrek esan nahi du q karga duen edozein partikulak karga bera duela bere abiadura edozein dela ere. Propietate hori esperimentalki egiaztatu da helio nukleo baten karga (bi protoi eta bi neutroi elkarrekin loturik nukleo batean abiadura handian mugitzen direlarik) deuterioaren bi nukleoren berdina dela (protoi bat eta neutroi bat elkarrekin lotuta daudela, baina helio nukleoa baino askoz polikiago mugitzen direlarik).

Jakindun logoa.png
Ariketak
Aldatu


ErreferentziakAldatu

  1. Willians Barreto (2006).. .
  2. a b «The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty: elementary charge». NIST. 2006.. .
  3. «Electromagnetismo y Óptica». .
  4. Particle Data Group. «Los graciosos quarks». .
  5. "Sistemas de carga y arranque", Google books. .
  6. Le Système International d'Unités (SI) = The International System of Units (SI). (8e éd. argitaraldia) Bureau International des Poids et Mesures 2006 ISBN 92-822-2213-6. PMC 70240217. (Noiz kontsultatua: 2021-11-04).
  7. Gambhir, R. S.. (1993). Foundations of physics. Vol. 2, Electromagnetics, optics and modern physics. Wiley Eastern ISBN 81-224-0523-1. PMC 869750338. (Noiz kontsultatua: 2021-11-04).
  8. Carron, Neal. (2015-06-03). «Babel of Units. The Evolution of Units Systems in Classical Electromagnetism» arXiv:1506.01951 [physics] (Noiz kontsultatua: 2021-11-04).
  9. Purcell, Edward M.. (2013). Electricity and magnetism. (Third edition. argitaraldia) ISBN 978-1-107-01402-2. PMC 805015622. (Noiz kontsultatua: 2021-11-04).
  10. O'Grady, Patricia F.. (2016). Thales of Miletus : the beginnings of Western science and philosophy. ISBN 978-1-351-89537-8. PMC 974642523. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  11. «NASA/ADS» ui.adsabs.harvard.edu (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  12. a b c d Roller, Duane; Roller, Duane H. D.. (1953-05-01). «The Prenatal History of Electrical Science» American Journal of Physics 21: 343–356. doi:10.1119/1.1933449. ISSN 0002-9505. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  13. Roche, John J.. (1998). The mathematics of measurement : a critical history. Athlone Press ISBN 0-485-11473-9. PMC 40499222. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  14. a b c d Heilbron, J. L.. (1979). Electricity in the 17th and 18th centuries : a study of early Modern physics. University of California Press ISBN 0-520-03478-3. PMC 5451580. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  15. POTAMIAN, BROTHER WALSH JAMES J.. (2018). MAKERS OF ELECTRICITY.. OUTLOOK Verlag ISBN 3-7326-4175-9. PMC 1031947624. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  16. a b c d e f g h i j Baigrie, Brian S.. (2007). Electricity and magnetism : a historical perspective. Greenwood Press ISBN 0-313-33358-0. PMC 71164020. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  17. Roller, Duane Emerson. (1970). The development of the concept of electric charge : electricity from the Greeks to Coulomb. (3rd print. argitaraldia) Harvard U.P ISBN 0-674-20200-7. PMC 899041950. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  18. «Dufay» www.sparkmuseum.com (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  19. The Oxford companion to the history of modern science. Oxford University Press 2003 ISBN 0-19-511229-6. PMC 51000855. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  20. Guarnieri, Massimo. (2014-09). «Electricity in the Age of Enlightenment [Historical»] IEEE Industrial Electronics Magazine 8 (3): 60–63. doi:10.1109/MIE.2014.2335431. ISSN 1941-0115. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  21. (Ingelesez) Letter from Benjamin Franklin to Peter Collison dated May 25, 1747 – Benjamin Franklin Historical Society. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  22. Watson, William. (1748-01-01). «III. A collection of the electrical experiments communicated to the Royal Society by Wm. Watson, F. R. S. read at several meetings between October 29.1747. and Jan. 21. following» Philosophical Transactions of the Royal Society of London 45 (485): 49–120. doi:10.1098/rstl.1748.0004. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  23. Tricker, R. A. R.. (1965). Early electrodynamics : the first law of circulation. (First edition]. argitaraldia) ISBN 978-0-08-010794-3. PMC 881851237. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  24. «Physics Documents» www.av8n.com (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  25. Zangwill, Andrew. (2013). Modern electrodynamics. ISBN 978-0-521-89697-9. PMC 809086601. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).
  26. Faraday, Michael. (1833-01-01). «IV. Experimental researches in electricity.—Third series» Philosophical Transactions of the Royal Society of London 123: 23–54. doi:10.1098/rstl.1833.0006. (Noiz kontsultatua: 2021-11-03).

Ikus, gaineraAldatu

Kanpo estekakAldatu