Elektrizitate estatikoa 12. mailako fisikan gai garrantzitsua da. Geldialdian edo mugimenduan dauden karga elektrikoekin lotutako fenomenoak jorratzen ditu. Oinarrizko kontzeptuak, Coulomb-en legea eta eremu elektrikoak ulertzea ezinbestekoa da elektrizitate estatikoaren inguruko hainbat arazo konpontzeko. Artikulu honetan, 12. mailako azterketetan maiz agertzen diren elektrizitate estatikoaren arazoen hainbat adibide aztertuko ditugu, baita haien irtenbideak ere.
Elektrizitate estatikoaren oinarrizko kontzeptuak
Elektrizitate estatikoa objektu baten gainazalean karga elektrikoen desoreka baten ondorioz sortzen da. Karga hori objektu batetik bestera transferitu daiteke marruskadura, eroapen eta indukzio bezalako prozesuen bidez.
– Coulomb-en legea: Lege honek bi karga elektriko puntualen arteko erakarpen edo aldarapen indarra azaltzen du. Coulomb-en legearen formula hau da:
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
Non:
– \( F \) kargen arteko indarra da (Newton).
– \(k\) Coulomb-en konstantea da (\(8.99 × 10^9, \text{N m}^2/\text{C}^2\)).
– \(q_1\) eta \(q_2\) kargen magnitudeak dira (Coulomb-etan).
– \(r\) bi kargen arteko distantzia da (metroetan).
– Eremu elektrikoa: Eremu elektrikoa karga elektriko baten inguruko espazioa da, non beste karga batzuek indar elektrikoa senti dezaketen. Karga batetik (Q) distantziara (r) dagoen eremu elektrikoa hau da: (E)
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
Galdera eta eztabaida adibideak
1. galderaren adibidea: Coulomb indarra
Galdera:
Bi karga elektriko, \( 2 \times 10^{-6} \, \text{C} \), eta \( -3 \times 10^{-6} \, \text{C} \), 0,1 metroko distantziara daude. Kalkulatu bi kargen arteko Coulomb indarra.
Irtenbidea:
Erabili Coulomb-en legearen formula:
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
Ordezkatu balio ezagunak:
\[
F = 8.99 × 10^9, N m^2/C^2 × (2 × 10^-6, C)(3 × 10^-6, C)}{(0,1 × m)^2
\]
\[
F = 8.99 × 10^9 × 6 × 10^-12 / 0,01
\]
\[
F = 8.99 × 10^9 × 6 × 10^{-10}
\]
\[
F = 53,94 × 10-1, N
\]
\[
F = 5,394 \, \text{N}
\]
Beraz, bi kargen arteko Coulomb indarra 5,394 N da.
2. galderaren adibidea: Karga puntual batek sortutako eremu elektrikoa
Galdera:
Kalkulatu 0,05 metroko distantzian dagoen eremu elektrikoa (4 × 10-6, C) karga batetik.
Irtenbidea:
Erabili eremu elektrikoaren formula:
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
Ordezkatu balio ezagunak:
\[
E = 8.99 × 10^9, N m^2/C^2 × 4 × 10^-6, C}{(0,05 × m)^2
\]
\[
E = 8.99 × 10^9 × 4 × 10^-6 / 0,0025
\]
\[
E = 8.99 × 10^9 × 1,6 × 10^{-3}
\]
\[
E = 14,384 × 10^6, N/C
\]
\[
E = 1,4384 × 10^7, N/C
\]
Beraz, kargatik 0,05 metroko distantzian dagoen eremu elektrikoa \( 1,4384 \times 10^7 \, \text{N/C} \) da.
3. galderaren adibidea: Potentzial elektrikoa
Galdera:
\( 5 \times 10^{-6} \, \text{C} \) karga bat puntu jakin batean jartzen da. Kalkulatu potentzial elektrikoa kargatik 0,2 metroko distantziara.
Irtenbidea:
Erabili potentzial elektrikoaren formula:
\[
V = k \frac{Q}{r}
\]
Ordezkatu balio ezagunak:
\[
V = 8.99 × 10^9, N m²/C² × 5 × 10^-6, C/0,2, m
\]
\[
V = 8.99 × 10^9 × 25 × 10^{-6}
\]
\[
V = 224,75 × 10^3, V
\]
\[
V = 2,2475 × 10^5, V
\]
Beraz, kargatik 0,2 metroko distantziara dagoen potentzial elektrikoa \( 2,2475 \times 10^5 \, \text{V} \) da.
4. galderaren adibidea: Energia potentzial elektrikoa
Galdera:
Bi karga, \( 3 \times 10^{-6} \, \text{C} \), eta \( -2 \times 10^{-6} \, \text{C} \), 0,1 metroko distantziara daude. Kalkulatu sistemaren energia potentzial elektrikoa.
Irtenbidea:
Erabili energia potentzial elektrikoaren formula:
\[
U = k \frac{q_1 q_2}{r}
\]
Ordezkatu balio ezagunak:
\[
U = 8.99 × 10^9, N m^2/C^2 × (3 × 10^-6, C)(-2 × 10^-6, C)}{0,1 × m
\]
\[
U = 8.99 × 10^9 × -6 × 10^-12 / 0,1
\]
\[
U = -5,394 × 10-1, J
\]
\[
U = -0,5394 \, \text{J}
\]
Beraz, sistemaren energia potentzial elektrikoa -0,5394 J da.
Ondorioa
Elektrizitate estatikoa ulertzea eta oinarrizko kontzeptuen aplikazioa, hala nola Coulomb-en legea, eremu elektrikoak, potentzial elektrikoa eta energia potentzial elektrikoa, funtsezkoa da 12. mailako fisikan. Goiko adibide-problemak aztertuz, ikasleek kontzeptu horiek hobeto ulertzea eta hainbat egoeratan aplikatzea espero da. Problema hauek etorkizuneko azterketa eta erronka konplexuagoetarako prestatzen ere laguntzen diete ikasleei.
Elektrizitate estatikoaren hainbat arazo mota praktikatzeak zure kontzeptu-ulermena indartuko du eta arazoak konpontzeko trebetasunak hobetuko ditu. Ziurtatu beti oinarri teorikoak ulertzen dituzula arazoekin lan egin aurretik, ulermen sendo batek arazoak modu eraginkorrago eta zehatzagoan konpontzen lagunduko dizulako.
