Elektrizitate

Artikulu hau "Kalitatezko 2.000 artikulu 12-16 urteko ikasleentzat" proiektuaren parte da
Artikulu hau Wikipedia guztiek izan beharreko artikuluen zerrendaren parte da
Wikipedia, Entziklopedia askea

Argindarra edo elektrizitatea (latinezko ēlectricus hitzetik, "anbarraren antzekoa") karga elektrikoaren fluxuak sortzen dituen fenomeno fisikoen multzoari deritze. Multzo horretan oso ezagunak diren fenomenoak daude, adibidez argia edo elektrizitate estatikoa, baina baita ezezagunagoak diren beste batzuk ere, esaterako eremu elektromagnetikoak edo indukzio elektromagnetikoa. Magnetismoarekin batera, elektrizitateak elektromagnetismoa osatzen du.

Kaleko erabileran "argindar" edo "elektrizitate" hitza egokia da naturan gertatzen diren hainbat efektu fisikori deitzeko. Erabilera zientifikoan, ordea, terminoa lausoagoa da eta elkarri lotuta dauden baina ezberdinak diren zenbait kontzeptu izendatzeko termino zehatzagoak erabiltzen dira:

  • Karga elektrikoa: Zenbait partikula subatomikoren ezaugarri bat, haien arteko elkarrekintza elektromagnetikoak eragiten dituena. Karga elektrikoa duen materiak eremu elektromagnetikoak sortzen ditu eta eremuon eragina jasaten du.
  • Korronte elektrikoa: Elektrikoki kargatutako partikulen mugimendua edo fluxua, gehienetan anperetan neurtzen dena.
  • Eremu elektrikoa: Karga elektriko batek hurbileko beste karga batzuetan duen eragina.
  • Potentzial elektrikoa: Eremu elektriko batek karga elektriko batean lan egiteko duen gaitasuna, gehienetan voltetan neurtzen dena.
  • Elektromagnetismoa: Eremu magnetikoen eta karga elektriko baten presentziaren eta mugimenduaren artean gertatzen den funtsezko elkarrekintza.

Fenomeno elektrikoak antzinarotik aztertu izan dira, nahiz eta arlo honetako aurrerapen zientifikoak ez ziren egin XVII. eta XVIII. mendeetara arte. Hala ere, elektrizitatearen aplikazio praktikoak gutxi izan ziren, eta ez zen izan XIX. mendearen bukaera arte erabilera industrialetan eta etxebizitzetan erabiltzen hasi zela. Teknologia elektrikoaren hedapen azkarrak industria eta gizartea eraldatu zituen. Elektrizitateak energia iturri gisa dituen erabilera anitzei esker, ia mugagabeak diren aplikazioak ditu garraioan, berotzean, argiztatzean, garraiobideetan, konputazioan, etab.

Argindar ekoizpena[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Korronte elektrikoa sortzeko, karga desberdinak (potentzia edo tentsio elektriko desberdinak) egon behar du puntu biren artean. Desberdintasun hori lortzeko, ondoko prozedurak erabil daitezke: elektrizitatea

  • Eraldatze kimikoa: Metal desberdin bi, edo metal bat eta ikatza, disoluzio egokian sartzean, potentzial diferentzia sortzen da metal bien artean. Pilak horrexetan oinarritzen dira.
  • Indukzioa: Eroale elektriko bat mugitzen bada eremu magnetiko baten barrutik, potentzial desberdintasuna agertzen da eremu horren muturretan. Industrietako sorgailu elektrikoak ezaugarri elektromagnetiko horrexetan oinarritzen dira.
  • Berotzea: Metal desberdin biren arteko soldadura berotzen denean, tentsio elektrikoa sortzen da. Tentsio hori oso txikia izaten da eta, beraz, tenperatura ertainean aplikatzen da.
  • Argiaren eragina: Argiaren fotoiek material erdieroale batzuetan jotzen duenean, korronte jario bat sortzen da. Zelula fotovoltaikoek energia hori aprobetxatzen dute.
  • Marruskadura: Gauza bi bata bestearen kontra urratzen direnean, desberdintasun potentziala sor daiteke euren artean. Adibidez, automobil baten elektrizitate estatikoa aireak karrozeria marruskatzearen ondorioz sortzen da.

Elektrizitatearen historia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elektrizitatearen fenomenoa betidanik ikasi da baina bere ikerkuntza zientifikoa XVII. eta XVIII. mendean hasi zen. XIX. mendearen amaieran, ingeniariek etxe-erabilerarako aprobetxatzea lortu zuten. Bere hedapen azkarrak gizarte industrialaren oinarri bihurtu zuen. ​

​Elektrizitateari buruzko ezaguerak egon baino lehen, gizakia arrainek sortzen zuten deskarga elektrikoen jakitun zen. Egipto Zaharrean K.a. 2750an erreferentzia egiten zaie, beste arrainen babesle moduan. Geroago, erromatarrek, grekoek, arabiarrek, naturistek eta fisikoek aipatuko dute. Gainera, bazekiten deskargak material eroaleetatik igor zitezkeela. Gaixoen zenbait gaixotasunei aurre egiteko erabiltzen ziren deskarga horiek, esate baterako, buruko minari. Tximistak eta elektrizitateak duten erlazioari buruzko lehenengo hurbilketa arabiarrek egin zuten XV. mendea baino lehen; tximista (raad) hitza tximista elektrikoan aplikatu zuten.

​Mediterraneoko kultura zaharretan jakina zen, zenbait objektu azalarekin edo artilearekin igurztean beste objektu batzuk erakar zitezkeela. Miletoko Talesek elektrizitate estatikoari buruzko behaketa egin zuen. Ondorioztatu zuen igurtzimenduak magnetismoz hornitzen zuela anbar moduko materialak eta alderantziz gertatzen zela magnesita moduko materialekin, igurztea ez baitzen beharrezkoa. Talesek huts egin zuen eremu magnetikoak erakartasuna produzitzen zuela pentsatzean, nahiz eta beranduago zientziak ondorioztatu elektrizitatearen eta magnetismoaren arteko erlazioa.

​XVII. mendean, William Gilbertek elektrizitatearen eta magnetismoaren ikerketa sakon bat egin zuen. Magnesita zatiek eragindako efektua eta anbar materialak eragindako elektrizitate estatikoa ezberdindu zituen. Gainera, electricus hitza erabili zuen igurztean lortzen zen fenomeno hori zehazteko. Geroago 1646. urtean, Thomas Browne-k Pseudoxia Epidemica argiltalpenean electro eta elektizitate hitzak erabili zituen.

​XVIII. mendean, hurbilketa berriak daude fenomeno honetan, Henry Cavendish,​​ Du Fay,​ van Musschenbroek​ eta Watson ikertzaileak batik bat. Horien ikerketen fruituak Galvani, Volta, Coulomb eta Benjamin Franklinek batuko dituzte eta XIX. mendean Ampere, Faraday eta Ohm-ek. Elektrizitatea eta magnetismoa batuko zituen ikerketa zientifikoa Maxwellen ekuazioen formulazioekin gertatuko da, 1865an.​

Lehengo Industria Iraultzan gertatu ziren aurrerapen teknologikoek ez zuten energia elektrikoa erabili. Bere lehen aplikazio praktikoa Samuel Morsen telegrafo elektrikoa izan zen (1833); horrek telekomunikazioak aldatu zituen. XIX. mendearen amaieran, elektrizitate sorkuntza industriala hasi zen, etxeetako eta kaleetako argiztapena hedatu zenean. Elektrizitatearen hainbat aplikazio Bigarren Iraultza Industrialean indar nagusietakoa izatea eragin zuen. Asmatzaile askoren garaia izan zen hau, esate baterako, Zénobe Gramme,​ George Westinghouse,​ Ernst Werner von Siemens​ edo Alexander Graham Bell. Horien artean, Nikola Tesla eta Thomas Alva Edison izan ziren garrantzitsuenak, ikerkuntza eta merkatua ulertzearen kontzeptua aldatu zuten eta ikerkuntza aktibitate industrial bihurtu zuten.

Elektrizitatearen propietateak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Jatorri mikroskopikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Material batean transmititzen den korronte elektrikoa, atomoen konposizioaren eta interakzioen funtziopean dago. Atomoak hiru partikula desberdinez osaturik daude: protoiak, positiboki kargatutako partikulak; elektroiak, negatiboki kargatutako partikulak; eta neutroiak, karga neutroa dituzten partikulak. Eroale, erdieroale, eta isolatzaileetako elektrizitate-hedapena kanpoko orbitaleko elektroien (karga eramaileen) ondorio da, nukleo atomikoetako barneko neutroiak eta protoiak ezin baitira erraz desplazatu.

Metalak dira material eroaleen artean multzo nagusia. Ikuspuntu erdiklasikotik, material hauen eroankortasuna balentzia-geruzan elektroi bakar bat izateagatik agertzen da. Horrela, balentzia geruzako elektroi hauek erraz mugi daitezke materialaren atomo sarean, eta karga-fluxua izango dugu materialean, korronte elektrikoa deritzona.

Eremu elektrikoen mende dauden material guztietan, karga negatiboen eta positiboen banaketa espazialak aldatu egiten dira. Fenomeno horri polarizazio elektriko deritzo, eta isolatzaile elektrikoen ezaugarri nagusia da. Isolatzaileetan, hortaz, karga elektrikoak ezin izango dira mugitu eta korronte elektrikoaren magnitudea asko murriztuko da.

Eroankortasuna eta erresistibitatea[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Eroankortasun eta erresistibitate elektrikoa materialen propietateak dira, material bati eremu elektriko bat ezartzen zaionean kargak mugitzeko erraztasuna edo zailtasuna kuantifikatzen dute. Erresistibitatea eroankortasunaren alderantzizko magnitude bat da. Elektroiek mugitzeko aurkitzen duten zailtasun-maila adierazten du, eta material bat korronte elektrikoa eroateko ona edo txarra den adierazten digu. Erresistibitate-balio altu batek adierazten du materiala eroale txarra dela, eta balio baxuak, berriz, eroale ona dela. Orokorrean, metalen erresistibitatea tenperaturarekin batera handitzen da, eta material erdieroaleetan, berriz, jaitsi egiten da tenperatura igotzean.

Materialak eroankortasun elektrikoaren edo erresistibitatearen arabera, honela sailka daitezke: eroaleak, dielektrikoak eta erdieroaleak.

  • Eroale elektrikoak. Material hauek kargatutako gorputz batekin kontaktuan jartzean, elektrizitatea eroalearen gainazal osotik transmititzen da. Eroale elektriko onenak metalak eta haien aleazioak dira. Badira ere metalikoak ez diren beste material batzuk elektrizitatea eroateko gaitasuna dutenak, hala nola, grafitoa, gatz-disoluzioak (adibidez, itsasoko ura) eta plasma-egoeran dagoen edozein material. Energia elektrikoa garraiatzeko, bai etxean bai industrian erabiltzen den edozein instalaziotarako, hari bateko edo gehiagoko kable itxurako kobrea erabiltzen da gehien. Bestalde, aluminioa ere erabiltzen da energia elektrikoa garraiatzeko. Material hau, kobreak baino eroankortasun elektriko txikiagoa izan arren (%60 ingurukoa), ez da hain dentsoa; eta goi-tentsioko sareetan energia elektrikoa transmititzeko erabiltzea errazten du. Aplikazio berezietarako urrea erabiltzen da eroale gisa.
  • Dielektrikoak. Elektrizitatea eroaten ez duten materialak dira; beraz, isolatzaile gisa erabil daitezke. Adibide batzuk ondokoak dira: beira, zeramika, plastikoak, goma, mika, argizaria, papera, zur lehorra, portzelana, industrian eta elektronikan erabiltzeko koipeak eta bakelita. Nahiz eta dielektrikoak isolatzaile perfektuak ez izan, oso erabiliak dira zirkuitulaburrak saihesteko eta isolagailuak egiteko (banaketa elektrikoko sareetan eroaleak beren euskarrietan kontaktu elektrikorik gabe finkatzeko erabiltzen diren elementuak). Sistema elektrikoak tentsiopean daudenean nahi gabe ukituz gero, deskarga elektrikoak eragin ditzakete, baina sistemaren zati batzuk material dielektriko batekin forratzen baditugu, erabiltzailearengandik urrun mantendu ahal izango ditugu. Airea, adibidez, isolatzailea da giro-tenperaturan eta hezetasun gutxi dagoenean, baina, frekuentzia baxuko seinale batekin eta potentzia baxu batekin, eroale bihur daiteke.

Elektrizitatea naturan[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Mundu inorganikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Deskarga elektriko atmosferikoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Fenomeno elektriko ohikoena mundu inorganikoan deskarga elektriko atmosferikoak dira, tximista eta tximistargiak batik bat. Ur edo izotz partikulak airearekin kontaktuan jartzearen ondorioz, hodeietan karga elektriko positibo eta negatiboen arteko banaketa bat gertatzen da, eta banaketa horrek eremu magnetiko bat sortuko du. Eremu elektriko horrek inguruko zurruntasun dielektrikoa gainditzen duenean, deskarga bat sortuko da hodeiaren bi zatien artean, bi hodei ezberdinen artean edo hodeiaren beheko zatiaren eta lurraren artean. Deskargak airea ionizatuko du beroketagatik eta trantsizio elektroniko molekularrak kitzikatuko ditu. Airearen bat-bateko zabalkuntzak trumoia sortuko du, bitartean elektroien ahultzeak bere oreka mailetara erradiazio elektromagnetikoa sortuko du, hau da, argia.

Lurreko eremu magnetikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Nahiz eta esperimentalki ezin den baieztatu, lurreko eremu magnetikoaren existentzia lurreko kanpoaldeko nukleo likidoan dagoen kargen zirkulazioari dagokio. Beste hipotesi batzuek jatorria magnetizazio iraunkorrekoan dute, era geologikoan neurtuz eta poloen noranzkoaren aldaketa periodikoak kontuan hartuz, non ipar-poloa hego-poloagatik aldatzen den eta alderantziz. Horregatik hipotesi hori baztertu egin da. Gizakien denboran neurtzen bada, poloak egonkorrak dira, eta horri esker iparrorratzak erabil daitezke lurrean eta itsasoan.

Lurreko eremu magnetikoan eguzkitik datozen partikulak desbideratuko ditu. Partikula horiek magnetosferako oxigeno eta nitrogeno atomo eta molekulekin talka egiten dutenean, efektu fotoelektriko bat sortuko da, non talka-energiak atomoak kitzikatuko dituen maila oso altuetara. Maila altu horien ondorioz, kitzikatzeari uzten diotenean energia hori argi ikuskor batean itzuliko dute.

Mundu organikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Erabilera biologikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Biolektromagnetismoak materia bizidunek sortutako eremu magnetikoak ikertzen ditu (zelulak, ehunak eta organismoak). Fenomeno honen adibide, mintz zelularrak sorturiko potentzial elektrikoa izan daiteke edo nerbio muskuluetan jariatzen diren korronte elektrikoak.

Organismo batzuek, marrazoak esaterako, eremu magnetikoak detektatzeko eta aldaketei erantzuteko ahamena dute. Beste alde batetik, elektrogenikoak, deskarga elektriko handiak sortzeko gai dira, defentsarako edo erasorako. Zenbait arrainek, 2000 V-eko tentsioak eta 1 A-eko korronteak sortzeko ahalmena izango dute.

Kontsumorako elektrizitatearen ekoizpena[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Sorkuntza eta transmisioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

XVIII. mendean pila voltaikoa asmatu arte (Alessandro Volta, 1800) ez zegoen elektrizitate-iturri bideragarririk. Pila voltaikoak (eta haren ondorengo modernoek, pila elektrikoak eta bateria elektrikoak) energia kimikoki biltegiratzen zuen, eta eskariaren arabera kanporatzen zuen energia elektriko moduan[1]. Bateria erabilera askotako iturria da, aplikazio askotarako erabiltzen dena, baina energia-metaketa mugatua da eta, deskargatu ondoren, kargatu egin behar da (edo pilaren kasuan, ordeztu). Eskari elektriko askoz handiagoa izateko, energia etengabe sortu eta transmititu behar da transmisio-kable eroaleen bidez.

Oro har, energia elektrikoa sorgailu elektromekanikoen bidez sortzen da. Sorgailu horiek mugimendua erabiltzen dute bi punturen arteko potentzial elektrikoaren diferentziari eusteko. Hau da, energia mekanikoa elektriko bihurtzen dute eremu magnetiko batek eroale elektrikoetan eragitean. Eroaleen eta eremuaren artean mugimendu mekaniko erlatibo bat gertatzen bada, indar elektroeragile bat sortuko da. Sistema hori Faradayren legean oinarrituta dago. Mugimendua lortzeko, airea (energia eolikoa), ura (energia hidraulikoa), lurruna edo beste gas batzuk (energia termikoa) erabiltzen dira. Charles Algernon Parsonsek 1884an asmatutako lurrun-turbina modernoak energia elektrikoaren %80 inguru sortzen du, munduan energia-iturri ugari erabiliz.

Elektrizitatea sortzen duen beste gailu bat zelula fotovoltaikoa da; honek eguzki-erradiaziotik abiatuta sortzen du energia, gailu erdieroale baten bidez.

Elektrizitate-eroaleek beti jasaten dute erresistentzia korronte elektrikoa eramatean; horregatik, karga elektrikoak garraiatzean energia galtzen da. Tentsioa handituz gero, lineatik dabilen intentsitatea murrizten da eta potentzia berdina garraiatu ahal izango dugu. Horren ondorioz, eroaleak berotzearen efektua murrizten da, eroaleen sekzio txikiagoak erabil daitezke eta energia gutxiago galtzen da. Horregatik, korronte elektrikoa modu eraginkorrean garraiatzeko, goi-tentsio kableak erabiltzen dira distantzia handietarako.

Beste aldetik, erabilera arruntean tentsio txikiagoak erabili behar dira (normalean 110 V eta 240 V artekoa), eta horrek tentsio-aldaketak (transformazioak) eragiten ditu. XIX. mendearen amaieran transformadorea asmatzeak energia elektrikoa modu eraginkorragoan transmititzeko aukera eman zuen.

Energia elektriko handia ezin denez erraz biltegiratu nazio baten eskariari erantzuteko, gehienetan eskatzen den kantitate bera sortzen da. Horregatik, gaur egun elektrizitate-eskaeraren iragarpenak eta instalazio sortzaileak etengabe koordinatuta egon behar dira.

Argindarraren aplikazioak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elektrizitateak sor dezake:

  • Argia: lanparen bonbillekin edo beste zenbait argidun objektuekin.
  • Beroa: Joule efektua aprobetxatuz.
  • Mugimendua: energia elektrikoa energia mekaniko bihurtzen duten motor elektrikoak.
  • Seinaleak: sistema elektronikoekin, zirkuitu elektronikoez osatua konposatu aktiboak (transistoreak, diodoak eta zirkuitu integratuak) eta pasiboak (erresistoreak, induktoreak eta kondentsadoreak) osatzen du.

Aplikazio motak:

Elektrizitatea garraiatzeko kableak eta dorre bat.
  • Fabriketan: motorrak mugitzeko, beroa eta hotza lortzeko, elektrolisiaren bidez egiten diren tratamenduak burutzeko eta abar. Gaur egun, industria energia elektrikoaren kontsumitzaile handietakoa da baina kogenerazioari esker, ekoizlea izan daiteke.
  • Etxeetan: etxea berotzeko (berogailuen bidez), ura berotzeko edo etxe tresnak martxan jartzeko erabiltzen da elektrizitatea. Bere erabileratik nagusiena argikuntza dago, etxeak eta kaleak argiztatzeko erabiltzen da.
  • Garraioan: garraioaren zati handi batek energia elektrikoa erabiltzen du, gehienbat trenak eta metroak. Etorkizunerako auto elektriko gehiago egotea aurreikusten da, beraz, energia elektrikoaren erabilera handituko da.
  • Beste erabilera batzuk: medikuntzan, nekazaritzan, merkataritzan...

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  1. Origin of electrical power. .

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]


Kanpo estekak[aldatu | aldatu iturburu kodea]