Lankide:Alesander Bilbao/Proba orria

Kargaren natura

Karga elektrikoa materiaren propietate intrintsekoa da, bi modutan azaltzen dena. Modu hauek Benjamin Franklin-ek deitu zituen moduan jarraitzen dute: karga positibo eta negatiboak. Mota bereko kargak bere artean aldaratzen dira 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

Fisikaren gaur eguneko ikerketak karga elektrikoa propietate kuantizatua dela adierazten dute. Kargaren unitate elementalena elektroiarena da, 1,602 176 487(40) × 10^-19 Coulombetakoa (C) eta karga elemental moduan ezagutzen da. Gorputz baten karga elektrikoaren balioa, q edo Q bezala adierazia, dituen gehiegizko elektroien edo hauen gabeziaren kopuruaren arabera neurtzen da.

Propietate hau 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, $N\times e$ 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.

Karga magnitude kuantizatua delaren erabateko azalpenik ez badago ere, karga elementalaren multiplo bezala bakarrik agertu ahal da. Ideia ezberdinak proposatu dira:

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

Nazioarteko Unitateen Sisteman karga elektrikoaren unitateak Coulomb izena du (C sinboloa) eta bere definizioa hurrengoa da: 1 metroko distantziara dagoen karga berdin batean 9×10⁹ N-eko indarra eragiten duen karga kantitatea.

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

$e={\frac {1C}{6,241509\times 10^{18}}}=1,602176\times 10^{-19}C$

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

Milicoulomb bat $={\frac {1C}{1000}}=1mC$

Microcoulomb bat $={\frac {1C}{1000000}}=1\mu C$

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

Kargen propietateak

Kargaren kontserbazioaren printzipioa

Emaitza esperimentalekin ados, kargaren kontserbazioaren printzipioak ezartzen du karga elektrikoaren sorrera edo suntsiketa netoa ez dagoela, 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 dago bakarrik. Beraz, ez dago karga elektrikoaren sorrera edo suntsiketarik, hau da, karga totala kontserbatzen da. Karga elektrikoak agertu daitezke lehenago ez zeuden lekuetan, baina beti egingo dute sistemaren karga totala konstante mantenduz. Gainera, kontserbazio hau lokala da, espazioko edozein lekutan gerta daiteke, txikia bada ere.

Inbariante erlatibista

Karga elektrikoaren beste propietate bat, inbariante erlatibista bat dela da. Honek esan nahi du behatzaile guztiek, bere mugimenduaren egoera eta abiadura edozein izanik, karga kantitate berdina neurtu ahal dutela beti. 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

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. Ez da hau 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 jarraiak izango balira bezala behatu ahal direla da, hauen tratamendua erraztuz. Aurretik aipatu den bezala, hiru karga elektriko dentsitate mota ezberdintzen dira.

Karga dentsitate lineala

Gorputz linealetan erabiltzen da, adibidez, harietan.

$\lambda ={\frac {Q}{L}}$

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

Azaleko karga dentsitatea

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

$\sigma ={\frac {Q}{S}}$

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

Karga dentsitate bolumetrikoa

Bolumena duten gorputzetarako erabiltzen da.

$\rho ={\frac {Q}{V}}$

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

Gorputzen karga elektrikoa aldatzeko moduak

Elektrikoki neutroa den gorputz batek karga elektrikoak irabazi edo galtzea eragiten duen efektuari elektrizazioa deritzo. Elektrizazio mota ezberdinak hurrengo hauek dira:

1. Kontaktu bidezko elektrizazioa: Karga elektriko jakin bat duen gorputz bat eroale batekin kontaktuan jartzean, karga transferentzia bat gertatu daiteke gorputz horretik 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 igurtzean, 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.