Artikulu hau "Kalitatezko 1.000 artikulu 12-16 urteko ikasleentzat" proiektuaren parte da

Karga elektriko

Wikipedia, Entziklopedia askea
Jump to navigation Jump to search

Karga mota desberdinen arteko interakzioak.
Kargen ezberdintasunak efektu triboelektrikoa sortzen du ilean.

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 elkarrekintza elkarrekintza elektromagnetikoa da, funtsezko lau indarretako bat.

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 -1eko karga dute, -e bezala agertzen dena; protoiek +1 edo +e dute eta quarkek karga zatikiak dituzte, −1/3 edo +2/3, baina ez dira oraino naturan aurkitu.

Karga elektrikoa magnitude fisikoa denez, hainbat unitate daude neurtzeko. Nazioarteko Unitate Sistemaren unitatea coulomba (C) da eta Anpere bate intentsitate elektrikoko korronte baten segundo batean igarotzen den karga bezala definitzen da. cgs sisteman statcoulomba erabiltzen da. e oinarrizko kargak, protoiaren karga elektrikoak, 1.602×10−19 coulomb balio ditu gutxigorabehera.

Kargaren natura[aldatu | aldatu iturburu kodea]

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.

Karga elektriko elementala[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Fisikaren gaur eguneko ikerketak karga elektrikoa propietate kuantizatua dela adierazten dute. Kargaren unitate elementalena elektroiarena da, 1,602 176 487(40) × 10-19 Coulombekoa (C) eta karga elemental moduan ezagutzen da[2]. Gorputz baten karga elektrikoaren balioa, q edo Q bezala adierazia, dituen gehiegizko elektroien edo hauen 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 q karga, moduan idatzi daiteke, N zenbaki osoa izanda, positibo edo negatiboa.

Konbentzioz elektroiaren karga -e moduan adierazten da, protoiarena +e eta neutroiarena 0. Partikulen fisikak aldarrikatzen du quark-en kargak, protoiak eta neutroiak osatzen dituzten partikulak, karga elemental honen balio zatikiarrak hartzen dituztela. Hala ere, inoiz ez dira quark askeak ikusi, eta beraien kargen balioak osotasunean +e batzen dute protoiaren kasuan, eta 0 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 (C sinboloa) eta bere definizioa honako hau da: 1 m-ko distantziara dagoen karga berdin batean 9×109 N-eko indarra eragiten duen karga kantitatea.

Coulomb batek 6,241509 × 1018 elektroien kargari dagokio[5]. Elektroiaren kargaren balioa Robert Andrews Millikan-ek zehaztu zuen 1910 eta 1917 urteen artean. Gaur egun, Nazioarteko Sisteman duen balioa, argitaratutako CODATAren konstanteen azken zerrendaren arabera honakoa da[2]:

Coulomb-a aplikazio batzuetan erabilgarria ez denez, handiegia izateagatik, bere azpimultiploak ere erabiltzen dira:

Milicoulomb bat

Microcoulomb bat

Sarritan CGS sistema ere erabiltzen da, non karga elektrikoaren unitatea Franklin-a den (Fr). Karga elementalaren balioa 4,803×10–10 Fr ingurukoa da.

Kargen propietateak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kargaren kontserbazioaren printzipioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Emaitza esperimentalekin bat, kargaren kontserbazioaren printzipioak ezartzen du ez dagoela karga elektrikoaren sorrera edo suntsiketa netorik, eta edozein prozesu elektromagnetikoan sistema isolatu baten karga totala kontserbatu egiten dela adierazten du.

Elektrizazio prozesu batean, protoi eta elektroien kopuru totala ez da aldatzen, karga elektrikoen banatze bat baino ez. Beraz, ez dago karga elektrikoaren sorrera edo suntsiketarik, hau da, karga totala kontserbatzen da. Karga elektrikoak ager daitezke lehenago ez zeuden lekuetan, baina beti egingo dute sistemaren karga totala konstante mantenduz. Gainera, kontserbazio hori lokala da, espazioko edozein lekutan gerta daiteke, txikia bada ere[1].

Inbariante erlatibista[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Karga elektrikoaren beste propietate bat da inbariante erlatibista bat dela. Horrek esan nahi du behatzaile guztiek, bere mugimenduaren egoera eta abiadura edozein izanik ere, karga kantitate berdina neur dezaketela beti[3]. Beraz, espazioa, denbora, energia edo momentu lineala ez bezala, gorputz edo partikula bat argiaren abiadurarekin alderagarriak diren abiaduretan mugitzen denean, bere kargaren balioa ez da aldatuko.

Karga elektrikoaren dentsitatea[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Karga elektrikoaren dentsitatea, luzera, azalera edo bolumen unitateko karga elektriko kantitateari deitzen zaio, zuzen, azalera edo espazioaren zati batean dagoena, hurrenez hurren. Beraz, hiru karga-dentsitate mota ezberdintzen dira. Karga-dentsitate lineala lambda (λ) letra grekoarekin adierazten da, azaleko karga dentsitatea sigma (σ) letrarekin eta karga dentsitate bolumetrikoa ro (ρ) letrarekin.

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

Karga elektrikoak q-rekin kuantizatuak egon arren, eta beraz karga elementalaren multiploekin, batzuetan gorputz batean karga elektrikoak oso hurbil daude beraien artean eta pentsa daiteke gorputzean zehar modu uniforme batean banatuta daudela. Gorputz hauen ezaugarri nagusia zera da, jarraiak izango balira bezala behatu ahal direla, horien tratamendua erraztuz. Aurretik aipatu den bezala, hiru karga elektriko dentsitate mota ezberdintzen dira.

Karga dentsitate lineala[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Gorputz linealetan erabiltzen da; adibidez, harietan.

Q gorputzak duen karga da eta L luzera. Nazioarteko Unitateen Sisteman Coulomb metroko unitatean neurtzen da (C/m).

Azaleko karga dentsitatea[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Azaleretarako erabiltzen da xafla metaliko finetan; adibidez, aluminio-papera.

Q gorputzak duen karga da eta S azalera. Nazioarteko Unitateen Sisteman Coulomb metro koadroko unitatean neurtzen da (C/m2).

Karga dentsitate bolumetrikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Bolumena duten gorputzetarako erabiltzen da.

Q gorputzak duen karga da eta V bolumena. Nazioarteko Unitateen Sisteman Coulomb metro kubikoko unitatean neurtzen da (C/m3).

Gorputzen karga elektrikoa aldatzeko moduak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elektrikoki neutroa den gorputz batek karga elektrikoak irabazi edo galtzea eragiten duen efektuari elektrizazioa deritzo. Elektrizazio motak 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 jarrai batek eragindako substantzia baten deskonposizio kimikoa da.
  6. Efektu termoelektrikoaren bidezko karga: Beroaren akzioaren bidez elektrizitatea sortzen denean.

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kanpo loturak[aldatu | aldatu iturburu kodea]