Elektromagnetismoa eta Efektu Fotoelektrikoa: Oinarriak

Karga puntualen gaineko eremu magnetikoa

Eremu magnetikoa edo indukzio magnetikoa (B) aztertuko dugu. Eremu magnetiko batean q karga bat ipintzean, karga geldirik badago ez du indarrik jasaten; karga v abiaduraz mugitzen bada, ordea, indar magnetikoa jasaten du.

Lorentz-en legea

Indar magnetikoa v eta B bektoreek osatutako planoarekiko perpendikularra da.

Adibidea: Higidura zirkularra

Eremu magnetiko uniformea denean eta q karga eremuarekiko perpendikularki sartzen denean, ibilbidea zirkularra da. Kasu honetan, indar magnetikoa indar zentripetoaren berdina da.

Korronte paraleloen arteko indar magnetikoak

Ampère-k bi korronte paraleloren arteko indar magnetikoak aztertu zituen eta honetaz ohartu zen: korronte elektrikoak noranzko berekoak badira, hariek elkar erakarri egiten dute; korronteak aurkako noranzkokoak badira, aldiz, aldaratu egiten dira.

Korronte elektriko batek bere inguruan eremu magnetikoa sortzen du, Biot-Savart-en legearen bidez kalkulatzen dena. Eremu magnetiko batean korrontea daraman eroale bat sartzean, eremuak indar magnetiko bat eragiten dio eroaleari (Laplace-ren legea).

Bi korronte ditugunean, batek sortzen duen eremu magnetikoak bigarrenari indar magnetiko bat eragingo dio eta alderantziz. Demagun bi eroale ditugula, zuzenak eta mugagabeak. Lehen eroaleak d distantziara sortzen duen eremu magnetikoa Biot-Savart-en legearen bidez zehazten da.

Oersted-en aurkikuntza eta Biot-Savart legea

Hans Oersted-ek 1820an aurkitu zuen korronte elektrikoek ipar-orratza desbideratzen dutela. Horrek esan nahi du korronte elektrikoak bere inguruan eremu magnetikoa sortzen duela.

A) Korronte zuzen eta infinitua

Eremu magnetikoaren modulua kalkulatzeko, kontuan hartu behar da eremuaren indar-lerroak haria inguratzen duten zirkunferentziak direla. μ iragakortasun magnetikoa da, materialaren araberako konstantea.

B) Korronte zirkularra

Korronte zirkular baten (espira) erdian korronte elektrikoak sortzen duen eremu magnetikoa kalkulatzeko formula espezifikoa erabiltzen da.

Faraday-ren saiakuntzak eta indukzioa

1830ean, Michael Faraday-k Ingalaterran eta Joseph Henry-k Estatu Batuetan eremu magnetikoak induzitutako korrontea aurkitu zuten. Iman bat zirkuitu batera hurbiltzean, zirkuituan korronte bat sortzen da. Efektu bera lortzen da zirkuitua mugitzen badugu. Korronte induzituaren norantza mugimenduaren araberakoa da, eta mugimendua azkarragoa bada, induzitutako korrontea handiagoa da.

Fluxu edo jario magnetikoa (Φ)

Indukzio magnetikoa fluxu magnetikoaren magnitudeari loturik dago; fluxu magnetikoa eremu magnetikoaren lerro kopuruaren neurria da.

Faraday-Lenz legea

Indar elektroeragile induzitua (ε) sortzen da zirkuitua zeharkatzen duen fluxu magnetikoa aldatzen denean. Lenz-en legeak dio: "Korronte induzituaren norantza, bera sortu duen fluxu-aldaketari kontrajartzen zaiona da". Horregatik agertzen da ikur negatiboa adierazpen matematikoan.

Sorgailu elektrikoak eta alternadoreak

Energia mota jakin bat energia elektriko bihurtzen duen edozein gailuri sorgailu elektrikoa deritzo. Sorgailuak korronte elektriko jarraitua sortzen badu, dinamoa deritzo, eta korronte alternoa sortzen badu, alternadorea.

Alternadorearen funtzionamendua

Alternadorea B eremu magnetiko uniforme batean ω abiadura angeluar konstantean birarazten den espira lau bat da. Espira biraka dabilen bitartean, fluxu magnetikoa aldatuz doa eta, beraz, indar elektroeragile bat induzitzen da, kanpo-zirkuituan korrontea sortuz.

Espirak S azalera badu, aldiune bakoitzeko fluxu magnetikoa honakoa da: Φ = B · S · cos(θ), non θ angelua S gainazal-bektoreak eta B eremu-bektoreak osatzen duten angelua den. Espira ω abiaduran biratzen bada, θ = ω · t da.

Indar elektroeragile induzitua (ε) era sinusoidalean aldatzen da denboran, beraz, periodikoa da eta polaritatea aldatuz doa. Maiztasuna f = ω/2π da. Korrontearen intentsitatea Ohm-en legeaz kalkulatzen da. Alternadore arruntetan, espira bakarra erabili ordez, N espira dituen harila erabiltzen da fluxua handitzeko.

Efektu fotoelektrikoa

Hertzek (1887) aurkitu zuen xafla metaliko bat argi ultramorearekin irradiatzean karga negatiboak (elektroiak) askatzen zirela. J.J. Thomsonek hamar urte beranduago frogatu zuen karga horiek elektroiak zirela.

Ezaugarri nagusiak:

• Metaletik igorritako elektroi kopurua argi-intentsitatearekiko proportzionala da.
• Atari-maiztasuna (ν₀): Gutxieneko maiztasun bat behar da efektua gertatzeko.
• Askatutako elektroien abiadura argiaren maiztasunaren araberakoa da.
• Aldiuneko efektua da.

Planck eta Einstein-en azalpena

Argia fotoi izeneko energia-paketeetan kuantifikatuta dago. Fotoi bakoitzaren energia maiztasunaren araberakoa da (E = h · ν). Argia metalera heltzean, fotoi bakoitzak elektroi bati ematen dio bere energia. Elektroia atomotik ateratzeko, gutxieneko energia bat behar da, lan-funtzioa (W₀) deiturikoa:

• Si h · ν < W₀: Energia ez da nahikoa elektroia askatzeko.
• Si h · ν > W₀: Elektroiak askatzen dira eta soberako energia energia zinetiko bihurtzen da.

Argi-intentsitatea handitzean elektroi gehiago askatzen dira, fotoi kopurua handiagoa delako. Maiztasuna handitzean, berriz, elektroien abiadura handitzen da.