FISIKA

Karga elektrikoa. Coulomb-en legea

Elektrizitatea fisikak deskribatutako oinarrizko elkarreraginetako bat da. Antzinatik ezagunak badira ere, fenomeno elektrikoak ez ziren XVII. mende bukaera arte era sistematikoan azaldu, XIX. mendeko erdialdean naturaren beste adierazpen arrunt batekin zuen harremana aurkitu zutelarik: magnetismoarekin, alegia.

Elektrizitatea naturan

Karga elektrikoa materiaren oinarrizko ezaugarrietako bat da. Hainbat urtetan zehar zientziak ez zuen bere adierazpenen ulermen sakonik bereganatzerik izan, hala ere K.a. 600.urte inguruan greziar filosofoek egindako esperimentuaren bidez, igurtzitako anbar barra batek lastozko eta bestelako material arineko zatitxoak erakartzen zituela ikusi zuten (igurztearen bidezko elektrizazioa).

Fenomeno elektrikoak (fenomeno magnetikoekiko harreman ikusezina dutenak) edonon eman daitezke, bai ekaitzetan nola eguzki-erradiazioan edo gizakiaren garunean. Gaur egun bere propietateak aktibitate anitzetan erabiltzen ditugu, elektrizitatea energia-garraio eta kontsumo baliabide oinarrizkoa bihurtu delarik.

Bere natura elektrikoaren arabera, gorputz fisikoak eroaleak (elektrizitatea erraz garraiatzen dutenak) eta isolatzaileak edo dielektrikoak izan daitezke (erresistentzia handiaz aurka egiten dutenak). Erdieroaleek bi mota hauen bitarteko eroankortasuna adierazten dute.

Karga elektrikoak

Elektrizitatearen funtsa karga elektrikoa da. Karga elektrikoa karga positiboetan eta negatiboetan banatzen da. Mota edo ikur bereko karga elektrikoek elkar aldaratzen dute eta ikur berekoak, berriz, elkar erakartzen dute.

Egia esan, gorputz edo objektu baten karga elektrikoa bere gutxieneko eratzaileen kargen batuketa da: molekula, atomo eta oinarrizko partikulena, alegia. Horregatik, karga elektrikoa kuantizatua dagoela esan ohi dugu. Gainera, kargak mugi edo trukatu egin daitezke, bere kopuru osoan eraginik izan gabe (karga-iraupenaren legea).

Gorputz materialek ohizko egoeran gutxieneko karga elektrikoak orekatuak dituzte, gorputz horiek elektrikoki neutroak direlarik. Objektu material bat elektrizatu dadin kanpoko ekintza batek eragin beharko du.

Gorputz batetik ikur bereko kargak atera eta aurkako ikurrak bertan utziz gero, gorputz hori elektrizatuko dugu. Horrela, gorputzak karga elektriko neto ez-baliogabea izango du.

Indar elektrikoa

Elektrizazioa eta eroankortasuna indar elektrikoek eragindako ekintzen emaitza dira. Hasieran geldirik badaude ere, elkarren ondoan dauden bi kargen artean indar elektrostatikoak emango dira, eta kargadun partikulak puntualak izateko behar bezain txikiak baldin badira, hurrengo baldintzei jarraitu beharko diete:

  • Bi kargen artean zehaztutako indarraren norabidea bi kargak lotzen dituen irudizko marra zuzen baten parekoa izango da.
  • Bi kargek aurkako ikurrak badituzte, haietako batean eragindako indarra bestearengana zuzenduta egongo da (erakarpen-indarra).
  • Bi kargak ikur berekoak badira, indarrak kargaren kontrako zentzurantz egingo du (aldarapen-indarra).

Indar elektrostatikoen irudia. (a) irudian bi kargak positiboak edo negatiboak dira; (b) irudian bata positiboa da, bestea berriz, negatiboa da.

Coulomb-en legea

Elektrostatikaren oinarrizko printzipioak (Coulomben legeak) kargen arteko erakarpen eta aldarapen-indar elektrikoen magnitudea zuzentzen du. Lege horren arabera, ikur bereko (edo ezberdineko) bi karga elektriko puntualen arteko erakarpen (edo aldarapen) indarra, kargen balioaren biderkadurarekiko zuzenki proportzionala da eta, era berean, kargen arteko distantziarekiko alderantziz proportzionala:

Proportzionaltasun-konstantea K hurrengo moduan adieraziko dugu:

e0 hutsaren permitibitate elektrikoa izeneko konstantea izanik, bere balioa 8,8542·10-12 C2/N·m2 da.

Benjamin Franklin

Tximistorratzaren puntak tximistaren deskarga elektrikoa erakarri eta kableak korronte elektrikoa jasotzen du, gertu egon daitezkeen pertsona edo animaliei kalte egin gabe lurzoruraino bideratuz.

Benjamin Franklin (1706-1790) Estatu Batuetako independentzian parte hartu zuen politikoa izateaz gainera, ospe handiko asmatzaile eta zientifikoa izan zen ere. Ekaitzei buruzko lehen azterketa esperimentalak egin zituen eta gaur egun elektrizitatearen eremuan erabiltzen ditugun hainbat hitz sortu zituen (eroale, bateria), baita tximistorratza ere.

 

Karga elektrikoaren unitatea

Sistema Internazionalean karga elektrikoa coulombetan neurtzen dugu (C ikurraz). Honako unitate honen karga sei trilioi elektroiena (6,24·1018) da, karga elektrikoa duten gutxieneko partikula oinarrizkoak.

 

Charles-Augustin de Coulomb

Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), frantses ingeniari militarra izan zena luzaroan bizi izan zen Mendebaldeko Indietan, bere izena duen elektrostatikaren oinarrizko legea sortzearekin batera egungo eremuen teoria eta elektromagnetismo modernoa ekarri zituelarik.