Indar Magnetikoak Karga Elektrikoengan

Eguneroko bizitzan, indar magnetikoek karga elektrikoengan duten eragina hainbat elementutan ikus daiteke. Adibidez, hodi katodikoko (elektroiak) telebista batean, irudia iman bat gerturatuz distortsionatu daiteke. Jarraian, indar horren nondik norakoak aztertuko dira eremu magnetiko uniforme baten eraginpean.

Karga Higikorraren Kasuan

Eremu magnetiko uniforme baten eraginpean dagoen karga higikor batek honako ezaugarriak dituen indar bat jasango du:

• Indarra ez da agertzen karga geldi badago; karga higitu behar da.
• Karga higitzen bada ere, indarrik ez da agertzen higiduraren eta eremuaren norabidea berbera denean, hau da, paraleloak direnean.
• Norabide paraleloa ez bada, indarra agertuko da, eta indar hori bien norabideek osatzen duten angeluaren arabera aldatuko da, besteak beste.
• Abiaduraren eta eremu magnetikoaren balioek eragin zuzenki proportzionala dute indarrean.

Ezaugarri horiek barneratzen dituen indar magnetikoaren legea Lorentz-en legea da, eta honela dio: higitzen ari den karga elektriko batek eremu magnetiko uniforme batean sartzean jasaten duen indarra sartu den kargaren zuzenki proportzionala da, eta horren abiaduraren eta indukzio magnetikoaren arteko biderkadura bektorialaren zuzenki proportzionala.

Ekuazio horren arabera, indar magnetikoak honako ezaugarriak ditu:

• Lorentz-en indarraren modulua hauxe da: F = qvBsin(α), non α abiadura bektorearen eta indukzio magnetiko bektorearen arteko angelua den.
• Indarraren norabidea, biderkadura bektorialaren esanahia jarraituz, beti da perpendikularra abiadura bektorearen eta indukzio magnetiko bektorearen norabideekiko.
• Indarraren noranzkoa kargaren zeinuaren araberakoa da. Karga positiboaren kasuan, biderkadura bektorialaren esanahia jarraituz, noranzkoa beti da abiadura bektoretik hasita indukzio magnetikoraino angelu motzena ibiltzean kortxo-kentzaileak jarraituko lukeen bidearena. Horretarako, ezkerreko eskuaren erregela erabil daiteke (ikus irudia):
  • Hatz erakuslea: indukzio magnetikoaren norabide-noranzkoa.
  • Hatz luzea: kargaren abiaduraren norabide-noranzkoa.
  • Erpurua: Lorentz-en indar magnetikoaren norabide-noranzkoa.
• Karga negatiboen kasuan, noranzkoa aurkakoa izango da.
• Abiadura eta indar magnetikoa beti perpendikularrak direnez, baita partikularen norabidea eta indarra ere, indar magnetikoak ez du lanik egiten karga desplazatzen doan ahala. Beraz, eremu magnetikoa ez da kontserbakorra, hau da, eremuaren lana ez dago posizioen menpe.
• Abiadura eta indarra perpendikularrak direnez, indarrak ez du inoiz abiaduraren modulua aldatuko, norabidea soilik baizik.

Aipatutako azken ezaugarri horren aplikazio praktikoak asko dira. Hainbat aparatu neurketa egiteko oinarri hartzen dute kargak eremu magnetiko uniforme batean perpendikularki sartzean gertatzen dena.

Karga sartzean, eremuan jasaten duen indar magnetikoa perpendikularra denez, abiaduraren norabidea une oro aldatuko du modulua aldatu gabe. Horrela, kargaren ibilbidea beti plano berean dagoen zirkunferentzia izango da, eta indar magnetikoak indar zentripetuaren eragina egingo du. Newtonen 2. legea aplikatuz, zirkunferentziaren erradioa, karga, masa eta abiaduraren arteko erlazioak kalkula daitezke.

Ibilbidearen erradioa eremuan sartu den kargaren masaren eta abiaduraren proportzionala da, eta kargaren eta indukzioaren alderantziz proportzionala.

Horretan oinarritzen dira masa-espektrometroa (masa desberdineko partikula kargatuak bereizteko) eta ziklotroia (partikula kargatuak azeleratzeko) bezalako aparatuak.

Eroale Lineal Batean

Eroale lineal batean korronte elektrikoa pasatzean norabide neto bera duten hainbat elektroi daudenez, horiek eremu magnetiko batean sartzean jasango duten indar magnetikoa, azken batean, eroaleak jasango duen indar magnetikoan bihurtuko da.

Kasu honetan, Lorentz-en legea eroaleko korronte-elementu diferentzial bati aplikatu behar zaio, eta indar-elementuak kalkulatu. Ondoren, horiek guztiak batu integrazioa erabiliz, eta horrela lortuko da eroale lineal luze batek jasaten duen indar magnetikoa eremu magnetiko batean sartzean korronte neto batekin: F = IL x B, non I korronte elektrikoaren intentsitatea den eta L eroalearen luzera bektore moduan adierazita.

Irudian ikusten den moduan, Lorentz-en legean bezala, biderkadura bektorialaren definizioa jarraituz lor daiteke indarraren norabidea eta noranzkoa eroaleko intentsitatearen eta indukzio magnetikoaren norabide-noranzkoetatik abiatuz.