FISIKA

Energia elektrostatiko potentziala. Kondentsadoreak

Karga elektrikoek beraiengan oinarritutako indar-eremuak sortzen dituzte beren inguruan. Horrela, espazioan energia elektrostatiko-potentziala eratzen dute eta gertu dagoen edozein kargaren mugimenduak lan probetxugarria sortzen du eremuaren eraginez. Kondentsadoreak honako potentzial-efektu honetan oinarritzen dira, zirkuitu elektriko eta elektronikoetako ohizko osagaiak direlarik.

Karga puntual baten energia potentziala

Karga elektriko puntual bati lotutako eremu elektrostatikoari energia elektrostatiko potentzial bat batzen zaio, hau da, karga bat eremu barrutik infinituraino mugitzeko egin beharreko lana. Energia elektrostatiko potentziala hurrengo moduan adierazten da:

eeremuak sortzen duen karga q izanik; q', bere akzioaren eraginpean dagoen karga; r, elkarren arteko distantzia; eta e0, hutsaren permitibitate elektrikoa.

Lana eta energia elektrostatiko-potentziala kantitate gehigarriak dira. Horrela, karga elektriko puntualeko sistema batean, energia potentzial osoa karga bakoitzari dagokion energia potentzialak batzean lortuko da.

Karga puntualetako sistema baten eskema.

Potentzial elektrostatikoa

Potentziala izeneko eskala-magnitude berezi batek, eremu elektrostatikoaren moduko erdiguneko indarren eremuak deskribatu ditzake. Horrela, eremu elektriko baten puntu zehatz bateko potentzial elektrostatikoa, puntu horretan kokatutako karga-unitateko energia potentziala izango da.

Zirkuito elektrikoetan eremu elektriko baten bi punturen artean kokatutako potentzial-diferentzia izeneko magnitudea erabili ohi da. Diferentzia hori V1-V2 ikurren bidez adieraziko da.

Azalera ekipotentzialak

Eremu elektrostatikoetan potentzial elektrostatiko bera daukaten puntu-multzoak daude. Multzo horiei azalera ekipotentzialak esaten zaie eta beren ikuspegi grafikoak eremuaren izaerari buruzko berehalako ideia ematen du.

Azalera ekipotentzialak. (a) irudian ikur bereko bi kargek osatutakoak azaltzen dira. (b) irudian ikur ezberdineko kargek osatutako azalerak antzeman daitezke.

Eroale baten kapazitatea

Material eroale-isolatu baten karga (Q) eta bere potentzial elektrostatikoaren (V) arteko harremana eroalearen kapazitatea (C) da eta bere konposaketaren eta ezaugarri geometrikoen araberako balio berezia du.

Kondentsadoreak

Kondentsadoreen oinarrizko ezaugarrietako bat karga-metatze ahalmena da. Diseinu arruntenari begira, honako dispositibo hauek armadura izeneko bi lamina eroaleek osatzen dituzte; hauek aurkako ikurrak eta karga berdinak dituzte, horien artean bitarteko ez-eroale bat (dielektrikoa) dagoelarik. Kondentsadore baten kapazitatea hurrengo moduan adierazten da:

Q bere edozein armaduretako karga elektrikoa izanik eta V1-V2, berriz, beraien artean dagoen potentzial-diferentzia.

Kondentsadoreak hainbat gauzetarako erabiltzen ditugu: energia elektrikoa metatzeko, berariazko intentsitate-eremu elektrikoa eratzeko, zirkuitu elektriko eta elektronikoak eratzeko, etab.

Energia potentzialaren lana eta ikurra

Energia elektrostatiko-potentzialaren formulatik ondorioztatzen da bi kargak ikur berekoak badira (aldarapen-indarrak) energia positiboa izango dela eta ondorioz, karga infinituraino eramateko ez dela kanpoko lanik atxikitu beharrik izango. Kargak hurreratzeko, ordea, energia (edo lana) ezarri beharko litzateke.

Kargak ikur ezberdinekoak badira (erakarpen-indarrak), kanpoko lan bat ezarri beharko da kargak elkarrengandik aldentzeko.

 

Energia-, lan- eta potentzial-unitateak

Energia eta lanaren arteko baliokidetasuna dela eta, energia elektrostatiko-potentziala jouletan (Nazioarteko Sistema) eta ergetan (CGS sistema) neurtuko da.

Potentzial elektrostatikoa karga batek egindako lana da, eta Nazioarteko Sistemaren arabera bere unitatea Volta da (V). Volt (V) bat joule (J) bat zati coulomb (C) baten berdina da.

 

Ahalmen-unitatea

Nazioarteko Sistemaren arabera kondentsadoreen ahalmena faradetan (F) neurtzen da. Farad bat volt bat zati coulomb baten berdina da (1 F = 1 V / 1 C). Benetazko zirkuito elektriko eta kondentsadoreetan farad oso unitate handia da. Horregatik, azpimultiploak erabili ohi dira: mikrofarad (1 mF = 10-6 F), nanofarad (1 nF = 10-9 F) eta pikofarad (1 pF = 10-12 F).

 

Leydenen botila

Kondentsadorea ustekabean aurkitu omen zen. 1746.urtean Musschenbroek, bere laborategian tresna elektrikoak maneiatzen zituen bitartean, metalezko lamina bat beirazko botila baten inguruan jarri eta botilaren lepoa zeharkatuz barruan burdin hari bat sartu zuen. Botila eremu elektriko izugarri baten eraginpean ezarri ondoren, burdin haria ateratzean, bere laguntzaileak izugarrizko deskarga elektrikoa jaso zuen: karga elektrikoa botila barruan metatu bide zen.