Magnetismoa eta Elektromagnetismoa: Oinarriak eta Aplikazioak

1. Oinarrizko Fenomeno Magnetikoa: Imana eta Oersted-en Esperientzia

XI. mendetik aurrera, iparrorratza nabigaziorako gero eta gehiago erabiltzen hasi zen. Iparrorratza imandutako orratz bat da.

Imana burdina sendoki erakartzeko gai den gorputza da. Imanen propietateak antzinatik ezagunak ziren. XIX. mendetik, korronte elektrikoek ere, imanek bezala, propietate magnetikoak dituztela badakigu. Karga elektrikoaren higidura da guzti honen oinarria.

Aurkitutako lehen iman naturala magnetita izan zen.

Imanen ezaugarriak

• Iman batean, burdina erakartzeko ahalmen handiena muturretan eta poloetan dago. Iman baten poloei ipar eta hego poloak deritze.
• Imanen artean sortutako indarrei indar magnetikoak deitzen zaie. Bi iman desberdinen polo berdinak aldaratzen dira eta polo desberdinak erakartzen dira.
• Iman bakoitzak bere inguruan eremu magnetiko bat sortzen du. Eremu magnetiko honetan beste iman bat ezartzerakoan, goiko puntuan ikusi dugun bezala, indar bat agertzen da horrengan.
• Iman bakoitzak bi polo magnetiko ditu. Iman bat erditik puskatzean, bi zati horiek ere bi polo izango dituzte.
• Imanak sortzen duen eremu magnetikoa eremu-lerroen bidez adieraz daiteke: ipar polotik irten eta hego polotik sartu.

Lurraren magnetismoa

Lurreko edozein tokitan, iparrorratzaren orratz imandua ipar geografikorantz orientatzen da.

Lurraren ipar polo geografikoa eta hego polo magnetikoa toki berean daude gutxi gorabehera, eta hego polo geografikoa eta ipar polo magnetikoa ere bai.

Oersted-en esperimentua

Korronte elektrikoak iparrorratzaren orratz imantatua desbideratzen du. Korrontea pasatzean, orratzak korrontearekiko perpendikularki orientatzeko joera du. Korrontearen intentsitatea handitzean, desbideraketa ere handitzen da. Esperimentu honek erakutsi zuen elektrizitatea eta magnetismoa erlazionatuta daudela.

2. Partikula kargatuen higidura eremu magnetiko uniformeetan

Eremuarekiko elkarzut higitzen den karga

B eremu magnetiko uniforme baten barnean dagoen m masa-partikula bati, elektrikoki kargatuta dagoena, eremuaren norabide elkarzutean V abiadura ematen bazaio, partikula horrek indar magnetiko bat jasango du. Abiaduraren balioa ez da aldatuko, bakarrik norabidea.

Dinamikaren ekuazioa aplikatuz hau lortzen da: qvB = mv²/R, beraz R = mv / qB.

Partikulak deskribatzen duen higidura zirkularraren noranzkoa eremuaren noranzkoaren eta karga elektrikoaren zeinuaren araberakoa da. T = 2πm / qB.

Eremua uniformea bada eta karga ez bada elkarzutik higitzen, deskribatzen duen ibilbidea helikoidala izango da.

3. Indar magnetikoak korronte elektriko baten gain duen eragina

Kargen higidura eroalearen barruan

Korrontearen noranzko konbentzionala karga positiboena da, hitzarmenez, nahiz eta higitzen direnak karga negatiboak izan.

Formula ondorioztatzea, eremua eroalekiko elkarzut delarik

Demagun B eremu magnetiko batean kokatuta dagoen eroale metaliko bat, eta bertatik i korrontea igarotzen dela.

Eremuaren barnean dagoen eroalearen luzera l bada eta bertatik higitzen diren elektroiek v batez besteko abiadura badaramate, eremu magnetikoa zeharkatzeko behar izango duen denbora hau da: t = l/v.

Denbora horretan zehar eremua zeharkatzen duen karga kantitatea hau da: q = i·t = i·l/v.

Lorentzen indar batek jardungo du: F = qvBsinα = i·l·B·sinα.

Eremu magnetikoak eroale zuzen batean eragiten duen indarra bektorialki honela idatz daiteke: F = i·(l x B).

Indar magnetikoa eroalearen eta eremu magnetikoaren elkarzuta da. Noranzkoa ezker-eskuaren arauaz definitzen da.

4. Korronte zuzen eta paraleloen arteko elkarrekintza

Demagun bi korronte lerrozuzen, mugagabe eta paralelo, noranzko berean igarotzen diren i1 eta i2 intentsitateak dituztenak. i1 korronteak eremu magnetiko bat eragingo du, indukzio-lerroak eskuineko eskuaren arauaren araberakoak direlarik. i2 korronteak i1 korrontean erakarpen-indar bat eragiten duen eremu magnetikoa sortzen du. Korronteak noranzko berekoak direnean indar erakarlea sortzen da; korronteek kontrako noranzkoa dutenean, berriz, indar aldaratzaileak.

B = μ·i / (2π·d)

Akzio-erreakzio indarrak sortzen dira; hortaz, l kontuan hartu behar da: F = i·l·B.

Eremuari dagokion balioa ordezkatuz, kasu bakoitzean, elkarrekintza-indarraren modulua lortzen da: F12 = F21 = F = (μ / (2π)) · (i1·i2 / d) · l.

Beraz, luzera-unitateko indarra hau da: F/l = (μ / (2π)) · (i1·i2 / d).

5. Eremu elektriko eta magnetikoen arteko berdintasunak eta desberdintasunak

Eremu elektrikoa

• Geldirik eta higiduran dauden kargek sortzen dute.
• Geldirik edo higiduran dagoen edozein kargarengan eragiten du.
• Eremu kontserbakorra da.
• Eremu-lerroak irekiak dira, karga positibotik edo infinitutik hasi eta karga negatiboan edo infinituan bukatzen direnak.
• Dipolo elektriko baten karga positiboa eta negatiboa bana daitezke.
• Eremu zentrala da.
• Indar elektrikoak eremu-bektorearen norabide bera du.
• Ingurunearen araberakoa da (k).

Eremu magnetikoa

• Soilik higiduran dauden kargek sortzen dute.
• Higiduran dauden kargengan eragiten du.
• Ez da eremu kontserbakorra.
• Eremu-lerroak itxiak dira.
• Dipolo magnetiko baten poloak ezin dira bereizi.
• Ez da eremu zentrala.
• Indar magnetikoa eremu-bektorekiko elkarzuta da.
• Ingurunearen araberakoa da (μ).