Eremu Magnetikoak eta Lorentzen Indarra: Oinarri Fisikoak

Lorentzen indarra eta karga higikorrak

Eremu elektriko batean karga bat kokatuz gero, indar elektriko bat agertzen da partikula kargatu horren gainean. Eremu magnetiko batean, ordea, ez da berdina gertatzen. Esperimentalki froga daiteke eremu magnetiko baten barruan geldirik dagoen karga bat kokatzen badugu, bere gainean ez dela inongo indarrik azaltzen. Karga higitzen bada, kargaren norabidean aldaketa garbi bat azaltzen da; beraz, Newtonen bigarren legean oinarriturik, partikula horren gainean indar batek eragiten duela ondorioztatu behar da. Indar magnetiko horren propietateak hauexek dira:

• Abiadura eremuaren paraleloa denean indarra nulua da.
• Indarra maximoa da abiadura eta eremua perpendikularrak direnean.
• Kargaren balioaren (q), abiaduraren eta eremuaren intentsitatearen zuzenki proportzionala da.
• Abiadurarekiko eta eremuaren intentsitatearekiko perpendikularra da.

Lorentzen indarraren ezaugarriak

Indarrari Lorentzen indarra deritzogu eta adierazpen honen bidez defini daiteke. Bere ezaugarri nagusiak ondokoak dira:

• Modulua: F = q · v · B · sin α (non α angelua V eta B bektoreek osatzen duten).
• Norabidea: Partikulen abiadurak eta indukzio magnetikoak osatzen duten planoarekiko perpendikularra da beti.
• Noranzkoa: Torlojuaren erregelaren araberakoa: V-tik B-ra bide laburrenetik biratzean torlojuaren higiduraren noranzkoa.

Indar magnetikoa eroale linealetan

Korronte-elementu bat higitzen ari diren kargen multzoa da. Elementu hori eremu magnetiko baten barruan dagoenean indar bat jasaten du; eremu magnetikoak korrontea osatzen duten kargei egindako Lorentzen indar guztien erresultantea da indar hori. Bere adierazpena hauxe da, non I korrontearen intentsitatea eta l eroalearen luzera diren:

Indarraren modulua: F = I · l · B · sin α

• Norabidea: Eremuarekiko eta hariarekiko perpendikularra.
• Noranzkoa: Torlojuaren arauaren araberakoa.

Korronte elektrikoen arteko indarrak

Badakigu mugitzen ari den karga batek eremu magnetiko bat sortzen duela, kargaren balioaren, abiaduraren eta distantziaren menpekoa dena. Korronte elektriko batek ere eremu magnetiko bat sortzen du, korrontea higitzen ari diren karga elektrikoen multzoa baita. Bestetik, eremu magnetiko batek, higitzen ari den beste karga baten gainean indar jakin bat eragiten du, F_m, Lorentzen indarra.

Eremu magnetikoaren barruan korronte-elementu bat dagoenean, eremuak indar magnetikoa eragiten dio korronteari, higitzen ari diren karga-multzoa baita korronte hori. Noranzko bereko bi korronte daudenean erakarpen-indarrak sortzen dira, eta aurkako noranzko bi korronte daudenean, aldiz, aldarapen-indarrak. Demagun bi hari eroale, paralelo eta infinitu dauzkagula, d distantziara jarrita.

Amperearen definizioa

Amperea korronte-intentsitatearen unitatea da Nazioarteko Sisteman (SI). Amperea definitzeko korronteen arteko indarra erabiltzen da. Aurreko ekuazioan, intentsitate biak (I₁ eta I₂) 1 Amperekoak badira, korronteen arteko distantzia (d) 1 metrokoa eta luzera ere (l) 1 metrokoa, korronteen arteko indarra 2 · 10^-7 N da. Hortaz, amperearen definizioa hau da: hutsean eta metro bateko distantziara dauden bi eroale zuzen paralelo eta mugagabetatik zirkulatzen ari den korronte-intentsitatea ampere batekoa da, baldin eta luzera-metro bakoitzeko erakarpen edo aldarapen indarra 2 · 10^-7 N-koa bada.

Alternadoreak eta korronte alternoa

Alternadorea energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen duen sorgailu mota bat da. Alternadoreak korronte alternoa sortzen du indukzio magnetikoaren bidez. Gure etxeetan erabiltzen dugun korrontea alternoa da, garraiatzeko abantailak dituelako korronte jarraiaren aldean. Alternadorearen oinarri teorikoa Faraday eta Lenzen legea da, eta eraikitzeko modu sinple bat eremu magnetiko baten barruan espira edo haril bat biraka jartzea da.

Horrela, espira zeharkatzen duen fluxu magnetikoa denborarekin aldatu egiten da eta, Faradayren legearen arabera, indar elektroeragile bat (i.e.e.), ε, induzituko da espiran; horrek kanpo-zirkuitu batean elektrizitatea zirkularazten du. Espiraren biraketaren abiadura angeluarra ω izanda, hau da sortutako i.e.e.-a:

Espira bakarra izan beharrean N espirako harila bada: ε = N · B · S · ω · sin(ωt)

Ikusten denez, i.e.e.-a sinusoidalki aldatzen da denborarekin. Sortutako i.e.e.-a periodikoa da eta bere maiztasuna espiraren biraketaren maiztasun berbera da, abiadura angeluarrarekin honela erlazionatuta dagoena: ω = 2π / T = 2π · f.

Guk erabiltzen dugun korronte alternoaren maiztasuna 50 Hz-koa da, hau da, korrontearen noranzkoa 50 aldiz segundo bakoitzeko aldatzen da. Indar elektroeragilea maximoa da sinu funtzioa 1 denean. Korrontearen intentsitatea Ohmen legeaz kalkulatzen da. Eskema teoriko horretan espira birarazten den arren, praktikan hobe da imana biraraztea hariaren inguruan, errazago atera baitaitezke intentsitatea daramaten kableak.